exp.4 어는점 도표(이성분 유기혼합물계)

목차

1. Purpose

2. Theory
1) 상(phase)과 상 법칙(Phase rule)
2) 열분석법
3) 공융점
4) Gibbs-helmholtz 방정식
5) Lever rule
6) phase diagram

3. Chemicals and apparatus

4. Procedure

5. Data&Results
1) NaOH 적정을 통한 Acetic acid의 정확한 농도 결정
2) 항온조에서 20분 대기한 후 적정한 혼합물의 물층
3) 항온조에서 20분 대기한 후 적정한 혼합물의 ether층
4) acetic acid 농도에 따른 분배계수 계산
5) 회합 상수 예측
6) 추출 효율 예측

6. Discussion

본문내용

Purpose: 이성분 유기분자 혼합물의 온도-조성 도표를 결정하고, 이성분 응축계에 적용되는 상규칙에 대해서 알아본다. 또한, 결정한 상도표를 이용해서 공융점을 찾고 gibbs-helmholtz 식으로 계산한 이론값과 비교한다.
(구해야 하는 물리량: 순수한 상태의 naphthalene, p-dichlorobenzene의 시간에 따른 온도 변화, 조성에 따른 결정화 온도)

Theory
1. 상(phase)과 상 법칙(Phase rule)
상이란 물질이 공간상에 모여있을 때 거시적인 관점에서 균일한 성질을 갖는 집단을 의미한다. 같은 상을 갖는 물질은 밀도, 비열, 전기전도도, 굴절률 등의 물리적 성질이 균일하다. 고체, 액체, 기체 상태가 바로 상의 대표적인 예시이다. 물질은 하나의 계에서 한 개 이상의 상을 가질 수 있으며, 하나의 상에서 다른 상으로 변할 수 있는데, 이러한 현상을 상전이라고 한다. 특정 온도, 압력 조건에서 자발적으로 상이 변할 때는 온도가 일정하게 유지되는 것을 관찰할 수 있는데, 이 때의 온도가 전이온도이다. 전이온도에서 물질의 여러 가지 상은 평형을 유지하며 동시에 존재할 수 있으며, 평형을 이룰 때 각각의 상이 갖는 chemical potential은 동일하다. 상의 chemical potential은 온도의 영향을 받기 때문에 온도에 따라서 각각의 상이 갖는 안정도는 다르다. 만약 열역학적으로 불안정하더라도 상 전이 속도가 매우 느린 경우에는 준안정상이라고 칭한다.
상 법칙(phase rule)을 이용하면 평형 상태에서의 상의 개수와 독립적으로 변하는 변수의 관계에 대해서 설명할 수 있다. 상 법칙은 F=C-P+2이며 다음과 같이 증명할 수 있다.

참고자료

· 대한화학회, 물리화학실험, 청문각, 2nd , 2000, pp53-56
· peter atkins, physical chemistry, oxford, 2018, 11th ed, pp108-109, 145-178