Azeotrope 현상을 보이는 2종의 휘발성 액체 혼합물(ethanol과 water)의 액체상–기체상 평형 실험 보고서(A+ 보고서), 과학기술원

소개

과학기술원에서 일반화학 Azeotrope 현상을 보이는 2종의 휘발성 액체 혼합물(ethanol과 water)의 액체상–기체상 평형 보고서입니다. 2018년 2학기에 A+를 받았고 믿고 쓰셔도 됩니다.

목차

Ⅰ. 실험목표
Ⅱ. 실험 이론 및 원리
Ⅲ. 실험방법
Ⅳ. 기구 및 시약
Ⅴ. 실험 결과
Ⅵ. 오차의 원인과 고찰
Ⅶ. 과제
Ⅷ. 참고 문헌

본문내용

Ⅰ. 실험목표
2종 이상의 휘발성 물질이 혼합된 액체의 경우 증기압 곡선이 좀 더 복잡한 형태를 띠게 되는데 이는 분자 간 상호작용이 조성비에 따라 달라지기 때문이다. 조성에 따라 분자 간 상호작용의 변화가 크지 않은 경우 라울의 법칙을 크게 벗어나지 않지만 반대의 경우는 라울의 법칙을 크게 벗어나며 이러한 경우 Azeotrope 현상을 보이게 된다.
이 실험에서는 Azeotrope 현상을 보이는 2종의 휘발성 액체 혼합물(본 실험에서는 ethanol과 water)의 액체상–기체상 평형을 다루게 된다. 분별 증류(fractional distillation)기구를 설치한 후, 두 액체가 1:20 ~ 20:1 의 몰 분율로 존재할 때의 끓는 점을 측정하여 몰 분율에 따라 끓는점이 어떻게 변하는지를 알아본다. 또한 각 상황에서 끓어나오는 액체를 모아 성분을 분석해 보고 이를 어떻게 설명할 수 있는지 판단해 본다.

Ⅱ. 실험 이론 및 원리
모든 액체 혼합물을 분별 증류를 통해 분리할 수 있는 것은 아니다. 물과 에탄올의 혼합물의 경우 분별 증류를 통해 농축할 수 있는 에탄올의 조성은 약 95%이다. 왜 그럴까? 서로 다른 두 분자들 간의 상호작용에 의해 Azeotrope 라 불리는 현상이 일어나기 때문이다. 다음의 그림을 보자.

혼합물의 끓는점이 두 순물질의 끓는점보다 오히려 낮게 나타나는 경우 (Positive Azeotrope, 순물질 상태일 때보다 분자 간 힘이 더 약함) 어느 조성에서 분별 증류를 수행하는 조성에 관계없이 끓어나오는 기체의 조성은 Azeotrope Point(a1)에 수렴한다. 따라서 이 조성 이상으로 두 순물질을 농축시키는 것은 불가능하다. 반대로 혼합물의 끓는점이 두 순물질의 끓는점보다 높게 나타나는 경우(Negative Azeotrope, 순물질 상태일 때보다 분자 간 힘이 더 강함)도 있을 수 있는데, 이런 경우 순수한 성분 A가 먼저 끓어나오면서 액체로 남는 분획의 조성이 Azeotrope Point(a2)에 수렴한다.

참고자료

· Ponton, Jack (2001). “Azeotrope Databank”. The Edinburgh Collection of Open Software for Simulation and Education, Edinburgh University.