[2021년도 A+ 인증O] 화학공학실험 증류-예비보고서

소개글

최신 A+ 보고서입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론
(1) 평형 성질
(2) 기-액 평형에 대한 이론
(3) 증류
(4) 공비혼합물
(5) 비중병
(6) 크로마토그래피 (GC, LC)

3. 실험 방법

4. 참고문헌

본문내용

1.실험 목적
증류를 이용해서 서로 반응성이 없는 두 가지 이상의 물질이 섞여 있는 혼합용액에서 각각의 물질을 특정 온도에서 탑상과 탑저에 분리시키며, 이 때의 몰분율과 증류 온도를 기체 크로마토그래피와 비중병을 이용해서 계산한다. 이러한 실험을 하면서 기초적인 증류에 관한 지식을 이해하며 실험기구 사용법과 실험 결과를 바탕으로 분석하면서 이론적 지식과 실제 실험과의 차이를 찾는다.

2. 실험 이론
(1) 평형 성질
일정한 물리적 상태, 화학적 조성을 가진 균일한 계를 상(Phase)이라고 한다. 상이 임의의 온도조건과 압력조건에 있을 때에 결정되는 물질의 상은 각각의 상의 molar Gibbs Energy인 Chemical potential을 보면 알 수 있다. Chemical potential은 온도와 압력에 대한 함수로 나타낼 수 있으며, 특정 온도와 압력조건에서 결정되는 Chemical potential이 가장 작은 상으로 물질의 상이 결정이 된다.
어떤 물질이 안정한 상으로 존재하고 있을 때, 온도와 압력을 변화시키면 Chemical potential이 변한다. 이 때, 원래의 상의 Chemical potential이 온도와 압력이 변하면서 바뀐 다른 상의 Chemical potential보다 커질 때, 더 안정한 상으로의 변환이 일어나는 데, 이를 상변화(Phase Change)라고 한다. 상변화가 일어날 때에는 상변화에 해당하는 엔탈피가 흡수 또는 방출되며 이러한 상변화가 일어나고 있는 동안에는 온도와 압력이 일정하게 유지된다. 그리고 이렇게 상변화가 일어나는 지점에서의 접하고 있는 상들의 Chemical potential는 모두 같은 값을 가지며 이 때를 상평형(Phase Equilibrium)이라고 한다. 상평형에서는 접하는 상끼리 서로 변하는 반응의 속도가 같아 두 상이 동시에 관측이 된다.
이러한 상들 사이의 경계를 그림으로 표현한 것이 바로 상평형 그림이며 각각의 경계선은 Chemical potential 값을 Maxwell relation과 Clapeyron equation을 이용해서 구할 수 있다.

참고 자료

Steven S. Zumdahl, Susan A. Zumdahl, Donald J. DeCoste, Chemistry 10th ed., Cengage Learning, 2017, (pp. 415-428)
Peter Atkins, Julio de Paula, Physical Chemistry: Thermodynamics, Structure, and Change 8th ed., Freeman & Co, 2014, (pp.156-158, 164-172, 180-208)