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1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
이 실험은 일정 온도와 압력에서 조성변화에 따른 이성분 용액의 밀도를 측정하여 과잉부피를 계산하는 것을 목적으로 한다.
1.2. 실험 원리
이성분 이상 혼합물의 열역학적 성질은 조성에 의존한다는 것이 이번 실험의 원리이다. 실제 혼합물의 열역학적 성질(Y_expt)과 이상 혼합물의 열역학적 성질(Y_id)의 차이를 과잉열역학적 성질(Y^E)이라고 하며, 이는 일정한 온도, 압력, 조성에서 측정된다.
과잉열역학적 성질에는 과잉부피(V^E), 과잉엔탈피(H^E), 과잉엔트로피(S^E) 등이 있다. 이번 실험에서는 이 중 과잉부피(V^E)를 측정하고자 한다. 과잉부피는 실제 혼합물의 몰부피(V_expt)와 이상 혼합물의 몰부피(V_id)의 차이로 계산할 수 있다.
이상 혼합물의 몰부피(V_id)는 각 성분의 몰분율(X)과 몰질량(M), 순수 성분의 밀도(ρ)를 이용하여 다음과 같이 계산할 수 있다:
V_id = (X_w * M_w / ρ_w) + (X_A * M_A / ρ_A)
여기서 첨자 w는 물, A는 알코올을 나타낸다.
실제 혼합물의 몰부피(V_expt)는 혼합물의 몰질량(M_n)과 실험을 통해 측정한 혼합물의 밀도(ρ_expt)를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다:
V_expt = M_n / ρ_expt
여기서 혼합물의 몰질량(M_n)은 각 성분의 몰분율과 몰질량을 이용하여 다음과 같이 계산한다:
M_n = Σ X_i * M_i
과잉부피(V^E)는 위의 두 식을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다:
V^E = V_expt - V_id
이번 실험에서는 물과 1-프로판올의 다양한 조성에 대해 이와 같은 방법으로 과잉부피를 계산하여, 혼합용액의 열역학적 특성을 분석하고자 하는 것이다.
1.3. 사용 시약 및 기구
'1.3. 사용 시약 및 기구'에는 실험에 사용된 주요 시약과 실험기구가 포함되어 있다.
실험에 사용된 시약은 물(H2O)과 1-프로판올(CH3CH2CH2OH)이다. 물의 분자량은 18g/mol이며, 밀도는 1g/cm3이다. 1-프로판올의 분자량은 60.1g/mol이며, 밀도는 0.8035g/cm3이다.
실험에 사용된 주요 실험기구로는 비중병, 온도계, 항온조 등이 있다. 비중병은 실험 과정에서 혼합용액의 부피 및 밀도를 측정하는데 사용되었다. 온도계는 항온조의 온도를 측정하기 위해 사용되었으며, 항온조는 35도의 일정한 온도를 유지하기 위해 사용되었다.
2. 실험 방법
2.1. 예비 실험 절차
예비 실험 절차는 다음과 같다.
실험을 시작하기 전에 먼저 비중병을 깨끗하게 세척하고 50°C에서 건조한다. 이를 통해 비중병 내부에 이물질이나 수분이 남아있지 않도록 한다. 그 후 비중병의 무게를 0.01mg까지 정확히 측정하는데, 이 과정을 5회 이상 반복하여 정확한 값을 얻는다.
다음으로 비중병에 증류수를 채운 후 35°C로 항온 시킨다. 약 40분간 유지하여 비중병 내부의 증류수가 35°C까지 충분히 가열되도록 한다. 그 ...
