[A+] 물의 증기압과 증발 엔탈피 (화학실험 A+ 및 보고서 모두 만점)

소개글

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☆다른 보고서보다 더 분석적 관점에서 서술된 보고서입니다!
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☆엔트로피의 계산 등 더 깊은 분석을 통해 실험에 대한 이해와 보고서를 차별화 해봅시다!

목차

1. 실험목표

2. 이론적 배경
가. Clausius-Clapeyron Relation
나. Enthalpy
다. Normal boiling point
라. 증발열(Heat of evaporation)
마. 증기압(Vapor pressure)

3. 실험 기구 및 시약
가. 실험 기구
나. 시약

4. 실험 과정

5. 실험 결과
가. 실험 환경
나. 측정장비 및 기구
다. 실험 결과

6. 실험 결론 및 토의
가. 물의 증발 엔탈피에 대한 오차 분석
나. Clausius-Clapeyron Equation을 통한 물의 정상 끓는점 계산
다. 엔트로피의 계산

7. 논의

8. 참고문헌

본문내용

실험 목표
물의 증발 엔탈피를 구할 수 있다.
Clausius-Clapeyron식에 의해 물의 정상 끓는점을 계산할 수 있다.

이론적 배경
Clausius-Clapeyron Relation
Clausius-Clapeyron Relation이란 상 변화 곡선에서 압력과 온도를 연관 지어주는 관계식이다. T-P phase diagram에서, Clausius-Clapeyron Relation은 상 변화 곡선을 유도할 수 있게 해준다. Clausius-Clapeyron Relation은 아래 수식(1)과 같다. 여기서, T는 온도, P는 압력, ΔV는 상 변화하는 두 상 사이의 부피 변화 (일반적으로 높은 상에서 낮은 상을 빼 준다.), ΔS는 높은 상과 낮은 상의 Entropy 차, ΔH는 높은 상과 낮은 상의 Enthalpy 차이다.

dP/dT=ΔS/ΔV=ΔH/TΔV 수식(1)

Clausius-Clapeyron Relation을 유도하기 위해 우선 어떤 상 1과 2에 대하여 생각하여 보자. 이 두 상이 특정한 온도와 압력에서 동적평형을 이루며 공존할 때, 두 상 1과 2의 화학 퍼텐셜(μ, Chemical potential)은 같다고 할 수 있다. 온도와 부피를 매우 작게 변화시키고, 여전히 평형을 유지하는 상태를 가정해보자. 변화한 상태에서도 1과 2의 Chemical potential은 같아야 할 것이다. 그러므로, 변화량을 두 물질의 Chemical potential의 미소변화량을 같다고 볼 수 있다. 이를 수식으로 써보면, 아래 수식(2)와 같이 쓸 수 있다.

〖dμ〗_1=〖dμ〗_2 수식(2)

우리는 Maxwell Relationship에서, Chemical potential의 미소변화량은 수식(3)과 같다. (여기서, Bar를 붙인 것들은 1mol당으로 해석한다.)

dμ=V ̅dp-S ̅dT 수식(3)

이제, 1과 2의 상태에서 Chemical potential의 미소변화량인 수식(3)을 수식(2)에 연립하여 각 항을 정리하면 아래 수식(4)를 얻게 된다.

참고 자료

Atkins, P., Atkins, P. W., & de Paula, J. (2014). Atkins' physical chemistry. Oxford university press.
Acrivos, J. (1988). Physical chemistry, (Levine, Ira N.).
https://en.wikipedia.org/wiki/Clausius%E2%80%93Clapeyron_relation
https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_vaporization
Oxtoby, D. W., Gillis, H. P., & Butler, L. J. (2015). Principles of modern chemistry. Cengage learning.
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Book%3A_ChemPRIME_(Moore_et_ al.)/10%3A_Solids_Liquids_and_Solutions/10.10%3A_Enthalpy_of_Fusion_and_Enthalpy_of_Vaporization