소개글
"질산포타슘의 용해도"에 대한 내용입니다.
목차
1. 질산 포타슘의 용해도
1.1. 실험 목적 및 원리
1.1.1. 온도에 따른 용해도의 변화 활용
1.1.2. 엔탈피, 엔트로피, 깁스 자유에너지
1.1.3. 화학 평형과 용해도
1.2. 실험 재료 및 방법
1.2.1. 실험 재료
1.2.2. 실험 과정
1.3. 실험 결과
1.3.1. 온도에 따른 용해도 그래프
1.3.2. 오염된 시료의 순도 회수 결과
1.3.3. KNO3의 용해 시 온도 변화
1.3.4. 엔탈피 및 엔트로피 변화 계산
1.4. 고찰
2. 참고 문헌
본문내용
1. 질산 포타슘의 용해도
1.1. 실험 목적 및 원리
1.1.1. 온도에 따른 용해도의 변화 활용
온도에 따른 용해도의 변화를 이용해서 오염된 물질의 순도를 높이는 방법이다. 대체로 고체의 용해도는 온도가 상승함에 따라 증가하는 경향을 보인다. 이는 고체 물질이 용매에 녹을 때 엔탈피 변화(ΔH)가 양의 값을 가지는 흡열 반응이 일어나기 때문이다. 이에 따라 온도가 상승하면 엔탈피 항이 감소하여 깁스 자유에너지(ΔG)가 감소하게 되어, 용해도가 증가하게 된다.
반면 기체의 용해도는 온도가 상승하면 오히려 감소하게 된다. 이는 기체 용질의 경우 용해 과정이 발열 반응이기 때문이다. 즉, 기체가 용액 중에 녹아들어가면 엔탈피 변화(ΔH)가 음의 값을 가지므로, 온도 상승에 따라 엔탈피 항이 증가하여 깁스 자유에너지(ΔG)가 증가하게 되어 용해도가 감소하게 된다.
이러한 온도에 따른 용해도 변화 특성은 여러 가지 응용 분야에서 활용되고 있다. 특히 오염물질을 제거하거나 순수한 물질을 얻는 데 이용된다. 예를 들어 질산 구리(Cu(NO3)2)로 오염된 질산 포타슘(KNO3)의 경우, 온도를 75°C로 높여 KNO3를 용해시키면 Cu(NO3)2는 잘 녹지 않아 순수한 KNO3를 얻을 수 있다. 이후 용액을 냉각시키면 KNO3가 석출되어 분리할 수 있다. 이처럼 온도 변화에 따른 용해도 차이를 활용하면 오염된 시료로부터 순수한 물질을 분리해낼 수 있다.
1.1.2. 엔탈피, 엔트로피, 깁스 자유에너지
엔탈피(Enthalpy)는 물질계의 내부에너지 E와 압력 P, 부피 V의 곱으로 표현되는데, 즉 H = E + PV로 정의된다. 내부에너지는 절대값을 구하기 어려운 반면 엔탈피는 열적 변화에 따른 증감만을 고려하므로 실험적으로 다루기 쉽다. 특히 일정한 압력 아래에서 물질계가 드나든 열량이 엔탈피의 증감과 동일해진다. 또한 엔탈피는 상태함수이므로 출발물질과 최종물질이 같은 경우 어떤 경로를 거치더라도 엔탈피 변화량의 합은 같다는 헤스의 법칙이 성립한다.
엔트로피(Entropy)는 물질계의 무질서도를 나타내는 척도이다. 자연 현상은 언제나 물질계의 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행한다. 열역학적으로 엔트로피는 흡수된 열량 dQ와 절대온도 T의 비 ds = dQ/T로 정의된다. 대부분의 자연현상은 엔트로피 증가의 법칙에 따라 물질계의 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행한다. 이는 분자 운동이 확률이 큰 무질서한 상태로 이동하기 때문이다.
깁스 자유에너지(Gibbs Energy) G는 엔탈피 H와 엔트로피 S의 함수로, G = H - TS로 표현된다. 일정한 온도 및 압력 조건에서 깁스 자유에너지 변화량 ΔG는 전체 엔트로피 변화에 비례한다. 즉 ΔG = ΔH - TΔS이다. 자발적인 변화는 전체 엔트로피가 증...
참고 자료
일반화학실험(대한화학회)
인터넷 검색(www.naver.com/google)
일반화학실험, 대한화학회 편, 천문각, p625 ~ 630
일반화학, 이갑웅, P226 ~ 232
표준일반화학실험, 대한화학회 편, P341 ~ 350
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