[단위조작이론및실험2] 삼각도를 이용한 상평형도 실험_예비레포트(A+)

소개글

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목차

1. 실험 목적

2. 바탕 이론
(1) 상평형 (Phase equilibrium)
(2) Gibbs의 상규칙, 상률
(3) 삼각도(Triangular diagram)
(4) 상경계도 (Binodal curve)
(5) 맺은선(Tie line) & 상계점(Plait point)
(6) 상호용해도

3. 실험 기구 및 시약
(1) 실험 기기
(2) 시약

4. 실험방법
(1) Acetone - 증류수 계의 상호용해도 측정
(2) Acetone - Toluene 계의 상호용해도 측정

5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
3 성분계의 상평형도를 충분히 이해하고 작성하는 법을 익힌다. 또한 임의의 조성을 가진 3 성분계의 액체를 삼각도 상에 배열한 후, 1상 및 2상 영역을 구분하여 상경계도를 찾고 각 상의 조성을 찾을 수 있는 능력을 배양한다.

2. 바탕 이론
(1) 상평형 (Phase equilibrium)
상평형이란 2개 이상의 상(phase)이 서로 공존하며 열역학적으로 평형상태를 이루는 상태를 말한다. 상평형 상태는 온도 및 압력을 변화시킴으로서 얻을 수 있다. 이때 상평형 상태에서 이루는 각 상들의 성분들이 가지는 화학퍼텐셜은 서로 같으며, Gibbs의 상규칙이 성립한다. 또한 이러한 상평형이 이루어지는 경계를 곡선으로 나타낸 것을 상평형도라고 한다.

Figure 1.은 물의 상평형도로 압력(P)과 온도(T) 조건에서 상(phase)의 상태를 도시한 그래프이다. 본 그래프의 각 면은 순수한 상(액체, 고체, 기체)을 나타내며 두 영역의 경계선으로 표시된 부분은 각 두 가지 상이 서로 평형관계를 이루는 조건을 의미한다. 즉, Figure 1. 에서 곡선 AB는 기체-액체 평형, 곡선 AC는 고체-기체평형, 곡선 AD는 고체-액체평형을 이루는 조건을 말하며 이 지점에서 온도 혹은 압력이 조금만 바뀌면 하나의 순수 상으로 변하게 된다. 이 때 세 곡선이 만나는 점 A는 삼중점(Triple point)으로, 기체-액체-고체의 세 가지 상이 서로 평형을 유지할 수 있는 조건이다. 점 B는 임계점(Critical point)로서 액체와 기체상이 구분되는 최대 지점을 말하며 이 이상의 조건을 가지게 된다면 액체상과 기체상의 구분이 모호해지는 상태가 된다.

(2) Gibbs의 상규칙, 상률
상률이란, 평형상태의 닫힌계에서 존재하는 자유도(F)와 성분의 수(C), 그리고 존재하는 상의 수(P) 사이에서 성립하는 관계식이다. Fig 1.의 상평형도에서 볼 수 있듯이, 두 개의 세기 성질(온도와 압력)이 특정 값으로 정해지면, 물질의 상태를 명시할 수 있으며, 두개의 상이 평형을 이루고 있는 곡선부분에서는 하나의 세기성질만 정해지면 계의 상태를 결정할 수 있다.

참고 자료

“단위조작 이론 및 실험 2” 2020년 3학년 2학기 실험노트 p18-19
Yunus A. Cengel, '열전달', McGraw-hill, 2017, 830-836p
임굉, 2005, “화학공학”, 내하출판사, p273-285
여상도 2006, “열역학 개념의 해설”, 청문각, p191-192
MSDS - 아세톤, 톨루엔, 증류수