소개글
"NaCl확산 계수"에 대한 내용입니다.
목차
1. 액체 확산 실험
1.1. 실험 개요
1.2. 실험 장치 및 재료
1.3. 실험 원리
1.3.1. 확산의 개념
1.3.2. Fick의 확산 법칙
1.3.3. 전기 전도도와 확산
1.4. 실험 방법
1.4.1. 실험 과정
1.4.2. 주의 사항
1.5. 실험 결과
1.5.1. 농도별 전기 전도도 측정
1.5.2. 확산 계수 계산
1.6. 실험 분석 및 고찰
2. 참고 문헌
본문내용
1. 액체 확산 실험
1.1. 실험 개요
실험 개요는 본 실험의 목적과 주요 내용을 간략히 소개하는 부분이다. 이 실험은 액체의 확산 현상을 이해하고, 액체 확산계수를 측정하는 것이 주된 목적이다.
확산이란 기체분자나 원자, 고체/액체 상태를 구성하는 물질의 입자가 화학 포텐셜 차이로 인해 고농도 영역에서 저농도 영역으로 이동하는 현상을 말한다. 대부분의 경우 화학 포텐셜은 농도에 비례하기 때문에 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산이 일어난다. 이러한 농도 구배에 따른 확산 유량을 예상할 수 있는 이론이 Fick의 확산 법칙이다.
이 실험에서는 NaCl 수용액과 증류수 간의 확산 현상을 관찰하고, 전기 전도도 변화를 통해 확산 계수를 계산할 것이다. 구체적으로는 다양한 농도의 NaCl 수용액을 이용하여 시간에 따른 전기 전도도 변화를 측정하고, Fick의 법칙을 적용하여 확산 계수를 구하게 된다. 이를 통해 액체 확산의 특성과 원리를 이해할 수 있을 것이다.
1.2. 실험 장치 및 재료
실험 장치 및 재료는 다음과 같다.
Hot plate와 자석 교반기가 사용되었다. 전기 전도도계(Electrical Conductivity meter)와 acrylic 용기가 사용되었다. Para film을 이용하여 전도도계와 용기를 고정하였다. 확산 셀(diffusion cell)과 마그네틱바(magnetic bar)가 사용되었다. 1000ml 눈금 실린더와 화학 저울, 500ml 비커, 250ml 메스플라스크 등이 사용되었다.
시약으로는 증류수와 염화나트륨(NaCl)이 사용되었다. NaCl의 분자량은 58.443g/mol이며 밀도는 2.17g/cm3, 용융점은 800.7°C, 끓는점은 1465°C이다. 실험에서는 1M의 NaCl 수용액을 제조하여 사용하였다.
1.3. 실험 원리
1.3.1. 확산의 개념
확산이란 기체분자나 원자, 고체/액체 상태를 구성하는 원자가 화학포텐셜(chemical potential)차이에 의해 화학포텐셜이 높은 곳에서 낮은 곳으로 구성입자가 이동하는 현상을 말한다. 대부분의 경우, 화학포텐셜은 농도에 비례하기 때문에 대부분의 경우에 기체분자나 원자, 고체/액체 상태를 구성하는 원자가 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 된다. 즉, 확산은 농도차에 의한 물질의 이동 현상이라고 볼 수 있다. 이 때 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질이 이동하는 이유는 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 갈수록 화학포텐셜이 낮아지기 때문이다. 따라서 물질은 화학포텐셜이 높은 곳에서 낮은 곳으로 자발적으로 이동하게 되는 것이다. 이러한 확산은 기체와 기체, 기체와 고체, 액체와 고체 사이에서 모두 일어날 수 있으며, 심지어 같은 종류의 기체나 액체 내에서도 확산이 일어날 수 있다. 이를 통해 물질의 농도가 균일하게 되는 것을 확인할 수 있다.
1.3.2. Fick의 확산 법칙
Fick의 확산 법칙은 확산 현상을 물리적으로 설명하기 위한 법칙으로, 19세기 독일의 생리학자 아돌프 오이겐 픽이 1855년에 발표했다. Fick의 첫 번째 법칙은 정지 유체에서 물질의 확산량(flux)은 농도 기울기에 비례한다는 법칙이다.
계의 부피가 일정하다는 조건 하에서 직교 좌표계에서 x축으로 입자가 확산될 때, 확산 유량 Jx와 농도 기울기 dc/dx의 관계는 다음과 같다:
Jx = -D(dc/dx)
여기서 Jx는 x축 방향으로 확산되는 입자의 단위 시간당 단위 면적당 확산량(mol/cm2·s), D는 확산 계수(cm2/s), dc/dx는 x축 방향의 농도 구배(mol/cm4)를 나타낸다.
이 식은 정상 상태(steady st...
참고 자료
https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_transfer / 물질전달
https://www.scienceall.com/%ED%99%95%EC%82%B0diffusion/ / 확산
McCabe의 단위조작 7판/McCabe 외 2인 지음/이화영 외 2인 역/Mc Graw Hill Education/p.441-452
https://en.wikipedia.org/wiki/Fick%27s_laws_of_diffusion / Fick의 확산법칙
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_conductivity_meter / electrical conductivity meter
http://www.lotuselectrode.com/?page_id=59 / 센서 주의사항
https://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic) / 전도도와 온도, 농도의 관계
https://en.wikipedia.org/wiki/Diffusion / 확산
https://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_diffusion / 역확산
Physical Chemistry 7th, Afkins de Panla, Oxford
Mass Transfer, J.A Ellis Horwood, 다. 단위조작 3판, 고완석
unit peration of chemical engineerings 7th ed. warren L. McCabe, McGraw-hill
전기화학, 백운기?박수문 지음, 청운사, p.107-137
