[화공실험]삼성분계의 용해도 곡선

소개

두 종류의 서로 녹지 않는 액체와 각각의 두 액체와 섞일 수 있는 또 다른 액체의 삼성분계 용해도 곡선을 작성하고 그 계를 이해한다.
그리고 여러종류의 용해도 곡선을 접함으로서 기본 원리를 파악하고
3가지 용액이 서로간에 어떠한 영향을 주는지 알아본다.

목차

1 실험목적
2 실험결과와 데이터 정리(실험과정 생략)
3 연구과제

본문내용

□ 실험 목적
두 종류의 서로 녹지 않는 액체와 각각의 두 액체와 섞일 수 있는 또 다른 액체의 삼성분계 용해도 곡선을 작성하고 그 계를 이해한다.
(실험과정 생략)
□ 실험결과와 정리
○ 실험 데이터
○ 각 단계에서 사용된 모든 성분의 질량분율
※ 단, 상온 18℃에서 각각의 시약의 밀도를 알아보면 다음와 같다.
증류수(1g/cc), 아세트산(1.05g/cc), 니트로-벤젠(1.203g/cc)
○ 그럼 삼각좌표에 12개의 점을 찍고 용해도 곡선을 그려보자.
위 삼성분계내의 용해도 곡선을 살펴보자. 이 실험의 궁극적인 초점은 녹지 않는 두 액체 사이에서 두 액체 모두 녹을 수 있는 제 3의 액체를 넣어 완전히 혼합하는 것이다. 3가지 액체 중 니트로 벤젠의 부피를 고정하고 증류수와 아세트 산의 부피를 상호 증가하여 나타난 결과를 질량분율로 변환하여 그래프를 그리면 위와 같다. 니트로-벤젠이 10cc일 땐 증류수와 아세트 산이 증가하면서 벤젠과 이루는 투명한 용액의 질량분율이 증류수와 아세트산은 증가하면서 벤젠의 질량분율은 감소하고 있다. 반면 니트로-벤젠이 2cc일땐 증류수와 아세트 산을 첨가하여도 증류수의 질량분율은 증가하지만 아세트 산과 벤젠의 경우엔 감소하게 된다. 이 두 가지 용해도 곡선을 통하여 총량이 일정한 용액 내 3가지 액체는 어느 하나에 의존하지 않고 서로서로가 상호간의 영향을 주고 받는 그러한 관계임을 알 수 있고, 초기 벤젠의 양이 다르긴 하지만 2개의 용해도 곡선이 비슷함을 알 수 있다.
○ 니트로-벤젠과 증류수의 양을 아세트산 100cc를 기준으로 해서 각 단계별로 환산하고 직교좌표위에 니트로-벤젠과 물의 관계를 도식해보자.
○ 니트로-벤젠과 물을 base mixture 로 하고 직교좌표 위에 아세트 산과 물의 관계(Y=a/(b+w), X=w/(b+w)를 도식한다.
위 그래프를 보면 물과 벤젠을 기본혼합물로 보고 아세트산과 물의관계를 나타내는데 니트로 벤젠이 10cc일 때와 2cc 일 때의 그래프가 다름을 알 수 있다. 즉 10cc 일때는 물과 아세트 산의 비율이 비례관계에 있는 반면 2cc 일때는 물과 아세트 산의 비율이 반비례함을 볼 수 있다. 이는 즉 3가지 용액이 섞여 혼합될 때 2가지를 기본 화합물로 한다 치더라도 그중 1가지 용액의 양을 고려해야 함을 뜻한다. 그 양에 따라 서로간의 용해도 곡선이 달라지고 위 그래프는 그에 따른 변화를 보여준다고 해석할 수 있다.

참고자료

· 화학공학(Chemical engineering』, 임굉 저, 내하, 2005년