소개글
"삼각도 상평형도"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
1.1. 3성분계 용액의 상평형 이해
1.2. 삼각도 작성 및 상경계도 분석 능력 배양
2. 바탕 이론
2.1. 상의 정의
2.2. 상평형과 상분리
2.3. 단일성분계 상평형도
2.4. 3성분계 상평형도와 삼각도
2.5. 상 경계곡선과 맺음선
2.6. 자유도와 상계점
3. 실험 재료 및 기구
3.1. 아세톤
3.2. 톨루엔
3.3. 분액깔때기
3.4. 기타 실험 기구
4. 실험 방법
4.1. 아세톤-증류수계 상호용해도 측정
4.2. 아세톤-톨루엔계 상호용해도 측정
4.3. 삼각도 작성 및 상경계도 분석
5. 결과 및 고찰
6. 결론
7. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
1.1. 3성분계 용액의 상평형 이해
3성분계 용액의 상평형 이해는 이번 실험의 주요 목적 중 하나이다. 상(phase)이란 일정한 성질을 가지는 물질의 균질한 부분을 말하며, 서로 다른 상 사이에는 명확한 경계가 존재한다. 대부분의 압력과 온도 조건에서 단일 성분 물질은 한 상으로 존재하지만, 특정 압력과 온도 조건에서는 두 개 이상의 상이 공존하기도 한다. 이렇게 두 개 이상의 상이 공존하는 상태를 상평형이라고 한다.
3성분계 용액의 상평형 상태는 삼각도를 통해 나타낼 수 있다. 삼각도는 정삼각형이나 직각삼각형의 형태로 나타내며, 각 꼭짓점은 3가지 성분을 나타내고 각 변은 2성분계 용액을 의미한다. 삼각도 내부의 모든 점은 3성분이 혼합된 용액의 조성을 나타낸다.
삼각도에서 단일 액체상과 두 개의 액체상이 공존하는 경계를 상 경계곡선이라고 한다. 상 경계곡선 내부의 영역에서는 두 개의 서로 섞이지 않는 액체상이 공존하게 된다. 이때 Gibbs의 상률에 따르면 자유도 F=3-P이므로, 한 성분의 조성을 알면 나머지 두 성분의 조성을 구할 수 있다.
또한 상 경계곡선 내부의 두 액체상 사이를 연결하는 선을 맺음선이라고 한다. 맺음선은 3성분 각각의 용해도 차이에 따라 삼각도의 밑변과 평행하지 않은 기울어진 모습을 나타낸다. 이때 맺음선 상의 임의의 점에서 두 상대적인 양을 알 수 있다. 맺음선이 끝나는 점을 상계점이라 하며, 이 점에서는 두 액체상의 조성이 같아진다.
이처럼 3성분계 용액의 상평형을 이해하고 삼각도를 통해 분석하는 것은 이번 실험의 중요한 목적인 것이다.
1.2. 삼각도 작성 및 상경계도 분석 능력 배양
삼각도 작성 및 상경계도 분석 능력 배양이란 3성분계 용액의 상평형 관계를 삼각도 형태로 나타내고, 이를 분석하여 각 성분들의 조성과 상 경계곡선, 맺음선 등을 파악할 수 있는 능력을 말한다. 삼각도는 정삼각형 또는 직각삼각형 형태로 나타내며, 각 꼭짓점은 3성분 중 한 성분을, 변은 2성분계, 내부는 3성분계의 조성을 나타낸다. 삼각도에서 상 경계곡선은 단일상과 2상 영역의 경계를 보여주며, 맺음선은 2상 영역에서 서로 분리된 두 액체상의 조성을 연결해준다. 또한 상계점은 두 상의 조성이 같아지는 점으로, 3성분계의 상태를 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다. 이와 같이 삼각도 작성 및 상경계도 분석 능력은 3성분계 용액의 상평형을 이해하고 평형 상태를 예측할 수 있게 해준다.
2. 바탕 이론
2.1. 상의 정의
상(phase)이란 일정한 성질을 가지는 물질의 균질한 부분을 말한다. 서로 다른 상 사이에는 명확한 경계가 있으며 서로 분리되어 있다. 분리된 부분들은 고체상, 액체상, 기체상으로 불린다. 대부분의 압력과 온도 하에서 단일 성분의 순수물질은 평형상태에서 한 상만을 가지고 있다. 하지만 특정한 압력과 온도 하에서는 두 개 또는 세 개의 상이 서로 공존하여 나타나기도 한다. 이렇게 물질이 단일상만을 가지고 있는 경우를 균일계라고 하며, 두 개 이상의 상이 공존하는 경우를 불균일계라고 한다. 물질이 단일상에서 두 개 이상의 상으로 나누어지는 현상을 상분리라고 하며, 분리된 두 개 이상의 상이 안정하게 존재하고 있는 상태를 상평형이라고 한다.
2.2. 상평형과 상분리
상평형과 상분리는 물질의 균질한 부분인 상 사이의 평형관계와 상 분리 현상을 다루는 개념이다. 상평형은 몇 개의 상이 열역학적으로 평형상태를 이루고 있는 것을 의미한다. 각 상을 이루는 각 성분의 화학퍼텐셜이 같다는 조건이 성립된다. 상분리는 특정 압력과 온도 하에서 단일 상이 아닌 둘 이상의 상으로 분리되는 현상을 말한다.
상평형 상태에서는 각 상이 서로 분리되어 있으며 상 사이의 경계가 명확하다. 이러한 상태를 불균일계라고 한다. 반면 단일 상으로만 존재하는 경우를 균일계라고 한다. 단일성분 물질의 경우 대부분의 압력과 온도 조건에서 단일 상으로 존재하지만, 특정 조건에서는 두 개 이상의 상이 공존할 수 있다. 이때 상 사이의 경계가 명확하게 구분되는 것이 특징이다.
상평형을 이루는 상들 간의 상호작용과 변화를 이해하기 위해 상평형도를 활용한다...
참고 자료
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2019년 3학년 2학기 단위조작 실험노트
물질안전보건공단 (MSDS)
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