삼성분계의 상태도 실험 보고서

본 내용은 " [화공열역학실험 A+] 삼성분계의 상태도 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.04.10

문서 내 토픽

• 1. Gibbs의 상규칙(Phase Rule)

  Gibbs의 상규칙은 평형 상태의 닫힌계에서 자유도 F를 F=C-P+2로 표현합니다. 여기서 C는 성분의 수, P는 상의 수, 2는 온도와 압력을 나타냅니다. 정온 정압 조건에서는 F=C-P로 단순화되며, 3성분계에서 1개의 액체상이 존재하면 F=2, 2개의 서로 섞이지 않는 액체상이 존재하면 F=1이 됩니다. 이 원리를 통해 삼성분계의 상평형도를 그릴 수 있습니다.

• 2. 상호용해도(Mutual Solubility)와 맺은선(Tieline)

  상호용해도는 두 액체상이 평형을 이루고 있을 때 한 성분의 농도를 의미합니다. 삼각그래프에서 곡선 MPN 내부의 혼합물은 두 개의 분리된 액체상으로 나뉘며, 점 M과 N을 연결한 선을 맺은선이라 합니다. 맺은선 위의 점 Q는 전체 조성을 나타내며, M과 N의 상대적 양은 QN/MN과 OM/MN의 비로 표현됩니다. 점 P는 두 용액이 같은 조성을 가지는 plait point입니다.

• 3. 삼성분계 삼각그래프 도시

  CH₃COOH-H₂O-CHCl₃ 계의 상태도를 삼각그래프로 표현합니다. 곡선 외부는 단일 액체상, 곡선 내부는 두 개의 분리된 액체상을 나타냅니다. 실험을 통해 측정한 각 성분의 질량 퍼센트를 삼각그래프 위에 점으로 표시하고, 이들을 연결하여 상평형도의 경계선과 맺은선을 도시합니다. 이를 통해 특정 조성의 혼합물이 어떻게 분리되는지 시각적으로 확인할 수 있습니다.

• 4. 적정(Titration)과 NaOH 표준화

  NaOH 용액의 조해성으로 인한 농도 오차를 보정하기 위해 표준화를 진행합니다. 1N HCl을 일차 표준물질로 사용하여 2N NaOH의 실제 농도를 결정합니다. 페놀프탈레인을 지시약으로 사용하여 산성(무색)에서 염기성(분홍색)으로 변하는 지점을 종말점으로 판정합니다. 노르말농도를 사용하는 이유는 화학량론적 계산에서 균형 맞춘 화학식이 필요 없기 때문입니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. Gibbs의 상규칙(Phase Rule)

  Gibbs의 상규칙은 열역학적 평형계의 자유도를 정량적으로 결정하는 기본 원리로서 매우 중요합니다. F = C - P + 2 식을 통해 성분수, 상의 개수, 자유도 간의 관계를 명확히 규정함으로써 다양한 물질계의 평형 상태를 예측할 수 있습니다. 특히 상평형도 해석에 있어 이론적 근거를 제공하며, 산업적 공정 설계에서 온도, 압력, 조성 등의 변수 조절 범위를 결정하는 데 필수적입니다. 다만 상규칙은 평형 상태만을 다루므로 동역학적 측면이나 메타안정 상태는 고려하지 못한다는 한계가 있습니다.

• 2. 상호용해도(Mutual Solubility)와 맺은선(Tieline)

  상호용해도와 맺은선은 이성분 또는 다성분 액체계의 상분리 현상을 이해하는 핵심 개념입니다. 맺은선은 열역학적 평형에 있는 두 액상의 조성을 연결하는 직선으로, 이를 통해 각 상의 정확한 조성과 상대적 양을 결정할 수 있습니다. 상호용해도 곡선 내부의 영역에서는 두 액상이 공존하며, 맺은선의 기울기와 길이는 온도와 압력에 따라 변합니다. 이는 액액 추출, 분리 공정 설계에 직접 적용되어 실무적 가치가 높습니다.

• 3. 삼성분계 삼각그래프 도시

  삼각그래프는 삼성분계의 조성을 2차원 평면에 효과적으로 표현하는 우수한 도구입니다. 정삼각형의 각 꼭짓점이 순수 성분을 나타내고, 내부의 점들이 다양한 조성을 표현함으로써 직관적 이해를 돕습니다. 등온선, 맺은선, 임계점 등을 함께 표시하면 복잡한 상평형 관계를 시각화할 수 있어 공정 설계와 분석에 매우 유용합니다. 다만 정확한 좌표 읽기에는 숙련이 필요하며, 고차 성분계로 확장하기 어렵다는 제한이 있습니다.

• 4. 적정(Titration)과 NaOH 표준화

  적정은 정량분석의 기본 기법으로서 높은 정확도와 효율성을 제공합니다. NaOH 표준화는 적정의 신뢰성을 확보하는 필수 과정으로, 표준물질(예: KHP)을 이용하여 NaOH 용액의 정확한 농도를 결정합니다. 이 과정에서 지시약 선택, 적정 종말점 판정, 공기 중 CO₂ 흡수 방지 등 여러 주의사항이 있습니다. 적절히 수행된 NaOH 표준화는 산염기 적정의 정확성을 보장하며, 산업 및 연구실에서 광범위하게 활용되는 중요한 분석 기법입니다.