결정화 (Crystallization)

소개

결정화 (Crystallization) 레포트입니다.
티오황산나트륨 수용액을 50도에서 20도까지 냉각시키면서 온도변화를 측정하였습니다. 변인은 초기농도(50wt%, 60wt%), 냉각속도(급속, 자연), 용기의 표면적(작은 비커, 큰 샬레) 3가지로 설정하여 각각의 경우를 비교할 수 있도록 하였습니다.
실험 조건에 따른 결정의 모습은 눈으로 본 모습과 현미경으로 본 모습을 비교하였습니다. 시간에 따른 온도 변화를 그래프로 도시하였고, 냉각속도에 따른 결정의 생성 및 성장 속도 차이를 비교하였습니다. 결정의 입경분포도를 도시하고 어떤 변인이 결정의 크기에 주는 영향을 주는지 확인하였습니다. 티오황산나트륨 수용액의 용해도 곡선을 그리고 석출되는 양을 계산하였습니다.

목차

1. 목적

2. 이론
1) 결정화
2) 결정화 과정
3) 임계 핵반경
4) 과포화도와 결정화
5) 핵 생성속도
6) 마이어스(Miers)의 과포화 이론
7) 온도와 용해도
8) 결정의 성장 속도
9) 결정의 격자 모양
10) 광학현미경

3. 실험 결과

4. 결과값의 고찰

5. 참고문헌

본문내용

1. 목적
① 불순물을 포함하는 용액으로부터 순물질을 경제적으로 분리하는 원리를 이해한다.
② 결정화과정에 결정크기조절이 갖는 의미를 파악한다.
③ 변수가 결정화과정에 미치는 영향을 확인한다.

2. 이론
1) 결정화
결정화(Crystallization)란 분리기술의 일종으로 균일상의 액체 혹은 기체를 조작하여 고체입자, 즉 결정(Crystal)을 얻는 것을 말한다. 우리 실생활 주변에서 자연발생적으로 결정화 현상을 볼 수 있는 대표적인 예로 눈(Snow)이 있으며 바닷물을 증발시켜 소금을 얻는 것 또한 결정화 조작 중 하나이다. 그러나 결정화란 것은 단지 고체입자를 얻는 데서 그치는 것이 아니라 결정의 순도, 크기 및 모양을 제어함으로서 생산물의 용도 및 조작기술을 크게 향상시키는 것이 중요하다. 그러므로 결정화에서는 먼저 결정재료의 구조를 이해하고 결정의 핵생성 및 결정성장과정인 결정의 열역학과정을 이해하는 것이 중요하다.

2) 결정화 과정
결정화 과정은 크게 결정핵의 생성, 결정핵의 성장 두 과정으로 나누어 볼 수 있다.

(1) 결정핵의 생성
과포화 용액 내의 용질이 서로 결합하여 용액 내에서 존재하는 최소 크기의 고체 입자로 나타나는 과정으로 용질이 용해상태일 때보다 결정핵 상태에서 열역학적으로 더 안정한 조건에서 결정핵이 생성된다. 또한, 생성되는 방식에 따라 1차 핵생성, 2차 핵생성으로 구분한다.

① 1차 핵생성
용액에 녹아 있는 용질 분자 자체만으로 서로 응집하여 결정핵을 생성하는 것으로 1차 핵생성은 다시 용액 내의 액체상에서 결정핵이 생성되느냐 혹은 용액을 담고 있는 용기나 용액 내의 다른 종류의 고체 표면에서 핵생성이 이루어지느냐에 따라 균일 핵생성(Homogeneous Nucleation)과 불균일 핵생성(Heterogeneous Nucleation)으로 구분된다.

참고자료

· 단국대학교 반응현상실험 교재
· Warren L.Mccabe, "Unit Operations of Chemical Engineering, 7ed (McGraw-Hill,)"
· 박창호, 김우식, 정인식, “물질전달 및 분리공정(지인당)”