[화학공학실험]수증기증류(steam distillation) 예비

소개글

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목차

1.실험목적
2.실험이론
3.실험도구및시약
4.실험방법
5.참고문헌

본문내용

1. 실험목적
서로 혼합이 되지 않는 두 가지 물질의 혼합물을 동시에 증류시키는 수증기 증류의 방법을 이용하여 증류와 정제를 하여보고 증류의 한 방법인 수증기 증류를 이해한다.
수증기 증류가 비점 높은 유기화합물이나 열분해하기 쉬운 물질을 분리 정제 할 때 쓰이는 이유를 이해하고, 수증기 증류를 이용하여 시료의 분자량을 구해본다.
Distill and refine by using steam distillation insoluble two mixture. And comprehend steam distillation method.
We find out why the steam distillation use to refine high boiling point material or heat weak material. And seek sample`s molecular weight by using steam distillation.
2. 이 론
(1) 혼합물
1) 혼합물 : 두 가지 이상의 순수한 물질이 섞여 있는 것.
2) 균일 혼합물 : 두 가지 이상의 순수한 물질이 고르게 섞여 이루어진 혼합 물로, Gibbs의 상법칙(Phase rule)에 의해 한 가지 상 (phase)으로 되어 있으며, 따라서 어느 부분이나 같은 성 질을 나타낸다.
3) 불균일 혼합물 : 각 성분이 고르게 섞이지 않아 부분마다 성질이 다른 혼 합물을 말한다.
4) 혼합물의 분압
- 주어진 온도에서 서로 섞이지 않는 휘발성의 물질(불균일 혼합물) 각 성 분 에 대한 분압(partial pressure) 는 같은 온도에서의 순수한 물질의 증기압 과 동일하며 혼합물 속에서의 몰분율(mole fraction)과 관계가 없다.
위 식과 같이 각각의 조성은 혼합물 내의 다른 조성과 관계없이 각자 증 발한다. 그러나 균일 혼합물의 경우는 용액 속에서 각 성분의 몰분율에 따라 분압이 달라지기 때문에 이와 다르다.
(2) Dalton의 법칙
1) 기체 혼합물의 전체 압력은 모든 구성 기체들의 부분 압력의 합이다.
각 구성 기체의 부분 압력은 그것이 용기를 혼자서 차지하고 있을 때 나타내 는 압력과 같다.
이상 기체 혼합물에 대하여만 엄격히 유효하다.
*부분 압력(pA): 한 성분의 기체가 전체 압력에 기여하는 압력
2) 2성분 혼합물
( pA, pB : A,B 분자의 부분 압력)
-(ⅰ) 식
c. 몰분율을 이용한 부분 압력 계산

2성분 혼합물
, , 따라서 -(ⅱ) 식
( : A,B 의 몰분율 )
몰의 분자로 이루어진 시료의 전체 압력
⇒이상 기체 상태 방정식, 에 의하여 및 와 연관
-(ⅲ) 식
(ⅲ) 식을 (ⅰ) 식에 대입하면,
∴
장점: 혼합물 안에 들어있는 물질의 몰 분율을 도입함으로써 각각의 부분 압력을 전체 압력과 연관 지을 수 있다. 따라서 만일 어떤 물질의 몰 분율과 혼 합물의 전체 압력을 알면 물질의 부분 압력을 알게 된다.
(3) Raoult (라울)의 법칙
1) 묽은 용액의 성질
용매의 증기 압력 < 휘발성 용질을 녹인 용액의 증기 압력
용매의 증기 압력 > 비휘발성 용질을 녹인 용액의 증기 압력
(: 전체 압력)
2) 비휘발성, 비전해질인 물질을 녹인 용액의 증기압력 내림(ΔP)
a. 용질의 종류와 관계없이 용질의 분자수(몰수)가 클수록 커짐
→ 용질의 몰분율에 비례
b. 라울의 법칙
(: 평형에서의 용매 성분의 증기압: 순수한 용매 성분의 증기압 : 용매의 몰분율 )
c. 증기압력 내림(ΔP)
(: 용질의 몰분율)
d. 이상적 묽은 용액
에서는 이다. 가 증가함에 따라 P는 감소한다.
실제 용액은 용액이 묽을수록 Raoult의 법칙을 잘 따른다.
<용매에 대한 라울의 법칙>
e. 용질의 존재에 의해 용매의 퍼텐셜이 감소하는 이유
용질의 존재에 의해 용매의 무질서도가 증가하기 때문이다. 용매의 무질서도 가 증가하였으므로 용액 내 용매는 순수한 용매에 비해 무질서해지려는 경향성이 낮다. 하지만 무질서도가 최대로 되고자 하는 것이 변화력의 동기이므로 용액 내 용매는 순수한 용매에 비해 화학적으로 더 무기력함
3) 휘발성 혼합용액의 증기 압력
a. 두 가지의 액체가 섞였을 경우의 혼합 용액 속의 각 성분의 증기압력은 그 의 순수한 상태에서의 증기압력에 각 성분의 몰분율을 곱한 것과 같다.
b. 혼합 용액의 전체 증기 압력
(두 액체 분자 사이에 상호 작용이 전혀 없는 경우의 용액, 즉 이상 용액에 서만 적용)
4) 실험에 대한 Dalton 법칙의 적용
( : H2O의 증기압, : sample의 증기압 )
V, T 가 일정할 때
(G:증발량(유출량),p:증기압,M:분자량)
증류하는 온도에 따른 증기압은 정수표에서 찾아낼 수 있다.
물질의 분자량을 알고 있으면 임의의 양 성분의 증발량 즉, 유출량이 계산된 다.
물질 1g을 유출시킴에 필요한 물의 양은 물질에 따라 다르며, 증기압이 더 큰 물질일수록 물은 적게 필요하다. 이때 물의 양는 유출액의 끓는점을 측정해서 그 온도에 있어서의 수증기압을 수치표에서 찾으면 구할 수 있다.
(4) 증류의 종류
증류방법에는 단증류, 평형증류, 수증기증류, 정류 등이 있으며, 원료 공급 방 식에 따라 회분식과 연속식으로 나눌 수 있다. 압력조건에 따라 상압증류, 감압 증류, 가압증류로 구분한다.
증류방법
특징
단증류
· 일정량의 혼합 액체를 증류하여 나오는 증기를 응축기에서 액화 하여 목적 성분을 얻는 회분식 증류방법.

참고 자료

없음