본문내용
1. 질산 포타슘의 용해도
1.1. 실험 소개 및 목적
온도에 따른 용해도의 변화를 이용해서 오염된 물질의 순도를 높이는 방법으로 활용하는 것이 이번 실험의 목적이다. 이를 통해 실제 산업 현장에서 오염된 물질의 정제 과정에 응용할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 질산 포타슘(KNO3)의 용해도가 온도에 따라 크게 변화하는 성질을 이용하여, 오염된 KNO3 시료로부터 순수한 KNO3를 분리하고자 한다.
실험을 통해 KNO3의 용해도 곡선을 얻고, 이를 바탕으로 오염된 시료에서 KNO3를 분리하는 최적의 조건을 탐색할 것이다. 또한 용해도 변화의 열역학적 원리를 규명하기 위해 엔탈피, 엔트로피, 깁스 자유에너지 등의 개념을 활용할 계획이다. 이를 통해 물질의 용해도 조절과 정제 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 용해도
용해도는 일정한 온도에서 용매 100 g에 녹을 수 있는 용질의 최대량(g)을 말한다. 같은 용매에 녹이더라도 용질의 종류에 따라 녹을 수 있는 양은 서로 다르며, 같은 용질이라도 용매의 종류에 따라 녹을 수 있는 양도 다르다. 또한 온도에 따라서도 달라진다. 따라서 용해도를 알기 위해서는 '어떤 용매에', '어떤 용질을', '몇 도의 온도에서' 녹였는지를 고려해야 한다. 일반적으로 극성 용질은 극성 용매에 대한 용해도가 높고, 비극성 용질은 비극성 용매에 대한 용해도가 높다. 또 온도뿐 아니라 압력에 의해서도 용해도가 달라질 수 있지만, 일반적으로는 대기압에서의 용해도를 말한다.용해열이 마이너스 값을 취하는 것은 용해 시에 흡열이 일어나기 때문이며, 이 경우 고온일수록 큰 용해도를 나타낸다. 용해열이 플러스인 경우는 드문데, 고온일수록 용해도가 작아진다. 따라서 용질의 종류와 용매의 성질, 온도에 따라 용해도가 달라지는 것을 알 수 있다. 일반적으로 고체 용질이 액체 용매에 녹는 과정도 이와 같이 표현될 수 있다. 즉, 엔탈피 변화(TRIANGLE H)가 양수일 경우 깁스 자유에너지 변화(TRIANGLE G)가 음수가 되어 용질이 자발적으로 녹지만, TRIANGLE H가 양수인 경우 엔트로피 변화(TRIANGLE s)가 충분히 크지 않으면 TRIANGLE G가 0이 되어 포화상태가 된다.
1.2.2. 화학 평형
화학 평형이란, 가역 반응에서 정반응의 속도와 역반응의 속도가 평형인 상태를 말한다. 화학 평형이 이루어졌다고 하여 반응이 끝난 것은 아니다. 원계에서 생성계로 진행되는 반응(정반응)의 속도와 생성계에서 원계로 진행하는 반응(역반응)의 속도가 균형을 이루고 있기 때문에 겉보기에 반응이 정지한 것처럼 보일 뿐이다.
반응물이 100% 생성물로 전환되지 않고 정지된 것처럼 보이는 이유는, 반응물이 생성물로 전환되는 속도와 생성물이 반응물로 전환되는 속도가 같기 때문이다. 반응계가 일단 평형 상태에 도달하면 외부 조건이 변화하지 않는 한 그 이상 변화하지 않는데, 외부 조건의 변화에 따른 평형의 이동은 르샤틀리에의 원리를 적용하여 예측할 수 있다...
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