[서강대 유기화학실험 A+ 레포트] Exp1.Distillation

문서 내 토픽

1. 끓는점

액체의 증기압 값이 외부 압력과 동일해졌을 시의 끓는 온도를 boiling point, 즉 끓는점이라고 한다. 이때 액체 표면에서는 증발이, 내부에서는 기화로 인하여 기포가 발생하게 된다. 이와 같이 끓는점은 외부 압력에 의해 달라지기에 끓는점 즉 끓는 온도마다 외부 압력을 명시해주어야 한다. 온도 변화에 따라 액체 증기압을 나타낸 증기압력 곡선에서 외부 압력에 따른 끓는점을 파악할 수 있는데, 대기압인 1atm에서의 끓는점을 '기준 끓는점' 또는 '정상 끓는점'이라 한다.
2. 부분압력

Partial vapor pressure은 두 가지 이상의 기체가 혼합되어 있을 때 각각의 기체가 나타내는 압력이다. 돌턴의 부분압력 법칙에 의해 전체 압력은 기체 각각의 부분 압력의 합과 같다고 할 수 있다.
3. 라울의 법칙

비휘발성 용질이 존재하는 용액에서, 용매의 증기압은 순수한 용매의 증기압에 용매의 몰분율을 곱해준 값이라는 법칙이다. 따라서 용매의 증기압은 비휘발성 용질로 인해 순수한 용매의 증기압보다 작아지게 된다.
4. 공비혼합물

공비혼합물(azeotrope)이란 액체의 조성과 기체의 조성이 같아 증류를 통해서는 완벽히 분리해 내기가 불가능한 혼합물을 일컫는다. 혼합물이 순물질 각각의 끓는점보다 낮은 끓는점을 가지는 혼합물을 minimum boiling azeotrope라 하고, 반대로 순물질 각각의 끓는점보다 높은 끓는점을 가지는 혼합물을 maximum boiling azeotrope이라 한다.
5. 단순 증류

Simple distillation은 고체인 비휘발성 물질에서 액체를 분리해낼 때, 끓는점 차가 크게 나는 두 가지 이상의 액체 혼합물로부터 액체 하나를 분리해낼 때 사용된다. 한 종류의 액체만 끓는점 이상으로 끓인 뒤 액화를 통해 분리해낸다.
6. 분별 증류

분별 증류란, 각 성분의 끓는점 차이를 통하여 액체 혼합물을 분류하는 것이다. 일반적으로 혼합 액체를 가열했을 때 끓는점이 낮은 성분이 우선적으로 증발한다. 그렇기에 증발하는 기체들을 냉각해주어 제거하면, distillation flask에 남아있게 되는 액체는 끓는점이 높은 성분들이다.
7. 굴절률

소리나 빛과 같은 파동이 매질을 통과할 때 매질과 매질 사이의 경계면에서 방향이 변하는 것을 굴절(refraction)이라고 한다. 일정한 온도에서 각 화합물들은 고유한 굴절률을 가지기에 이는 순도 계산 시에 사용될 수 있다.
8. 실험 결과

실험 결과, 순도가 다소 높은 혼합물을 얻었을 뿐 완벽하게는 분리하지 못했다. sample 1,2,3 에서는 93.2%, 86.79%, 78.59%의 순도를 얻을 수 있었고, 시험관 4에서는 78.9%의 순도를 얻을 수 있다. Cyclohexane과 toluene의 bp 차로 인해 분별 증류가 진행될수록 toluene의 조성이 더 상대적으로 더 많아지는 것을 알 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 끓는점

끓는점은 물질이 기체 상태로 전환되는 온도를 의미합니다. 이는 물질의 분자 간 인력과 밀접한 관련이 있습니다. 분자 간 인력이 강할수록 끓는점이 높아지며, 분자 간 인력이 약할수록 끓는점이 낮아집니다. 따라서 끓는점은 물질의 화학적 특성을 나타내는 중요한 지표가 됩니다. 끓는점은 물질의 상태 변화를 이해하고 예측하는 데 활용되며, 다양한 화학 공정과 실험에서 중요한 역할을 합니다.
2. 부분압력

부분압력은 혼합 기체 내에서 각 성분 기체가 차지하는 압력을 의미합니다. 이는 Dalton의 부분압력 법칙에 따라 계산할 수 있습니다. 부분압력은 혼합 기체의 조성과 전체 압력에 따라 달라지며, 이를 통해 각 성분 기체의 농도를 예측할 수 있습니다. 부분압력은 화학 공정, 대기 화학, 생물학 등 다양한 분야에서 중요한 개념으로 활용됩니다. 특히 기체 분리, 화학 반응 속도, 상평형 등을 이해하는 데 필수적입니다.
3. 라울의 법칙

라울의 법칙은 용액의 증기압 강하 현상을 설명하는 법칙입니다. 이에 따르면 용액의 증기압은 용매의 몰분율에 비례하여 감소합니다. 이는 용질이 용매 분자 사이에 존재하여 용매 분자의 운동을 방해하기 때문입니다. 라울의 법칙은 용액의 성질을 이해하고 예측하는 데 매우 중요한 개념이며, 삼투압, 끓는점 오름, 어는점 내림 등 다양한 용액 특성을 설명할 수 있습니다. 이를 통해 화학, 생물학, 공학 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
4. 공비혼합물

공비혼합물은 일정한 조성을 가지는 혼합물로, 증기압이 최대 또는 최소가 되는 점에서 끓는점이 일정하게 유지되는 특성을 가집니다. 이는 혼합물의 조성이 변화해도 증기압이 일정하기 때문입니다. 공비혼합물은 증류 공정에서 분리가 어려운 혼합물을 분리하는 데 활용됩니다. 또한 공비혼합물의 특성을 이용하여 용매 추출, 건조, 정제 등 다양한 화학 공정에 활용됩니다. 공비혼합물에 대한 이해는 화학 공정 설계와 최적화에 매우 중요한 역할을 합니다.
5. 단순 증류

단순 증류는 혼합물을 가열하여 증기를 생성하고, 이를 응축시켜 분리하는 가장 기본적인 증류 방법입니다. 이 과정에서 끓는점 차이에 따라 성분이 분리되며, 증류액의 조성은 초기 혼합물의 조성과 다르게 나타납니다. 단순 증류는 간단하고 효율적이지만, 공비혼합물과 같이 끓는점이 유사한 혼합물의 분리에는 한계가 있습니다. 따라서 보다 복잡한 증류 공정이 필요할 수 있습니다. 단순 증류는 화학, 석유 화학, 제약 등 다양한 산업 분야에서 널리 활용되고 있습니다.
6. 분별 증류

분별 증류는 단순 증류의 한계를 극복하기 위해 개발된 증류 방법입니다. 이 방법은 증류 탑을 이용하여 혼합물의 성분을 단계적으로 분리하는 것이 특징입니다. 증류 탑 내부에서 기체와 액체 사이의 평형 관계를 이용하여 성분을 분리하며, 이를 통해 공비혼합물과 같이 끓는점이 유사한 혼합물도 효과적으로 분리할 수 있습니다. 분별 증류는 정제, 농축, 분리 등 다양한 화학 공정에 활용되며, 화학 산업 전반에 걸쳐 중요한 역할을 합니다.
7. 굴절률

굴절률은 빛이 매질을 통과할 때 속도가 변화하는 정도를 나타내는 물리량입니다. 이는 물질의 밀도, 화학 조성, 온도 등에 따라 달라지며, 이를 통해 물질의 특성을 파악할 수 있습니다. 굴절률은 광학 기기, 분광 분석, 화학 분석 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 특히 용액의 농도 측정, 고분자 물질의 구조 분석, 생물학적 시료의 특성 분석 등에 널리 사용됩니다. 따라서 굴절률에 대한 이해는 화학, 물리학, 생물학 등 다양한 학문 분야에서 중요한 역할을 합니다.
8. 실험 결과

실험 결과는 실험을 통해 얻어진 데이터와 관찰 내용을 의미합니다. 이는 가설을 검증하고 이론을 확인하는 데 필수적입니다. 실험 결과는 정확성, 재현성, 신뢰성 등의 기준에 따라 평가되며, 이를 통해 실험의 타당성과 의미를 판단할 수 있습니다. 실험 결과는 과학 연구의 기반이 되며, 새로운 지식과 기술 개발에 활용됩니다. 따라서 실험 결과에 대한 체계적인 분석과 해석은 과학 발전에 매우 중요한 역할을 합니다.