[반응현상실험] 결정화(Crystallization)

소개

화학공학
반응현상실험
A 자료

목차

1. 목 적

2.이론
1) 결정의 성장 속도
2) 온도와 용해도
3) 결정핵의 성장
*마이어스의 과포화이론
4) 결정화 속도론(Crystallization Kinetics)
5) 결정의 습성

3. 실험 준비물

4. 실험 방법

5. 결과값의 고찰

본문내용

1) 결정의 성장 속도

결정은 고도로 규칙있는 분자배열을 가지는 고체라고 정의된다. 이와 같은 이상적 결정은 결정의 전구조를 통하여 완전하게 규칙바른 배열을 갖고 있다고 생각된다. 그러나 실제로 결정은 결정 성장과정에서 불규칙에 의거하여 이상적 구조를 갖지 못한다. 과포화 용액에서 결정이 성장하자면 용액으로부터 결정표면으로 용질이 확산되어 이것이 결정표면에 규칙바르게 배열하지 않으면 안된다.
확산속도는 Fick의 법칙에 의거하여 (1)식으로 나타낼 수 있다.
(1)

여기서, dm을 dt시간 동안 확산된 용질량, D를 확산계수, A를 결정표면적[㎡], S를 확산층의 두께[m], 를 용액의 농도, 를 결정표면 계면에서의 용액의 농도라 한다.

결정표면에서의 결정화 반응을 1차 반응이라 생각하면 (2)식이 된다.
(2)

여기서, K`를 결정화 반응의 속도상수,를 평형상태의 포화용해도 하고 한다. (1)과 (2)식으로부터 를 소거하면 (3)식이 된다.
(3)

여기서, 총괄속도상수 K는 (4)식으로 정의된다.
(4)
결정의 성장속도는 동일 물질에 있어서도 결정면에 의해서 다르지만, 각 면의 평균적인 속도를 취하여 성장속도라고 생각하여 위의 식을 결정입경의 증가속도라고 하고, m과 A의 각각 (5)와 (6)식으로 정의한다.
(5)
(6)

(5)와 (6)식을 (6)식에 대입하여 정리하면 (7)식과 같이 된다.
(7)

여기서, 를 결정의 모양에 대한 계수, ρ를 결정의 비중이라 한다.
(7)식으로부터 동일 용액 중에서 성장하는 동일 물질의 크기가 다른 결정에 있어서 입경의 성장속도는 결정의 크기에 관계가 없음을 알 수 있다. 즉, ▵L을 ▵t 시간 중에 한 개 결정의 입경 증가량이라 하면, 동일한 조건하에서 성장하는 결정간에는 이것이 일정하다. 이것을 MaCabe의 ▵L 법칙이라 하며, (8)식과 같이 나타낸다.
(8)

서로 다른 입경의 결정으로부터 결정이 성장하는 경우의 ▵L법칙은 (9)식과 같이 된다.
(9)

여기서, 를 제품 결정의 무게, 를 결정의 무게, 를 종정에 대해서 1보다 큰 입경을 갖는 부분의 무게, ▵L을 종정부터 제품이 되기까지의 입경증가라 한다.

참고자료

· 없음