[화학과 물리화학 실험] Bomb Calorimeter (붐베 열량계)

소개

1-3. 실험 목적
이 실험에서는 유기물질의 연소열을 측정함으로써 봄베 열량계의 조작 및 사용방법을 배운다.

1-1. 이론적 해석
1-1-1. Bomb Calorimeter
화학반응열, 특히 고체 및 액체연료의 발열량, 식품의 연소열 등의 측정에 널리 사용되는데, 펌프열량계 또는 폭발열량계라고도 한다. 구조는 ［그림］에서 스테인레스 강으로 만든 내열용기 A 속에 점화장치 S를 가진 백금 또는 석영제(石英製)의 연소접시 P를 매달아 놓았다. 시료물질을 접시에 얹고, 약 20∼25 기압 정도가 될 때까지 산소를 넣고, 전체를 물 열량계에 담그고 S에 전류를 흘려 점화하여 연소시킨다. 연소에 따르는 열은 물에 흡수되어 물 열량계의 온도가 올라가므로, 그 온도의 상승에서 물체의 연소율이 산출된다. CC' ·DD'는 기체의 출입구, BB'는 점화용 전기회로로 되어 있다.[1].
Figure 1. Bomb Calorimeter

목차

1. Introduction
1-1. 이론적 해석
1-1-1. Bomb Calorimeter
1-1-2. Heat Capacity
1-1-3. 엔탈피 변화
1-2. 관련 물리상수
1-2-1. Benzoic acid
1-2-2. Maleic acid
1-3. 실험 목적
2. Experimental
2-1. 실험 기구 및 시약
3. Results & Discussion
3-1. Raw Data
3-3. Discussion

본문내용

1-1. 이론적 해석

1-1-1. Bomb Calorimeter

화학반응열, 특히 고체 및 액체연료의 발열량, 식품의 연소열 등의 측정에 널리 사용되는데, 펌프열량계 또는 폭발열량계라고도 한다. 구조는 ［그림］에서 스테인레스 강으로 만든 내열용기 A 속에 점화장치 S를 가진 백금 또는 석영제(石英製)의 연소접시 P를 매달아 놓았다. 시료물질을 접시에 얹고, 약 20∼25 기압 정도가 될 때까지 산소를 넣고, 전체를 물 열량계에 담그고 S에 전류를 흘려 점화하여 연소시킨다. 연소에 따르는 열은 물에 흡수되어 물 열량계의 온도가 올라가므로, 그 온도의 상승에서 물체의 연소율이 산출된다. CC` ·DD`는 기체의 출입구, BB`는 점화용 전기회로로 되어 있다.[1].
Figure 1. Bomb Calorimeter

1-1-2. Heat Capacity

물체의 온도가 얼마나 쉽게 변하는지를 나타내는 양으로서 같은 질량의 물체라도 열용량이 큰 물체는 온도가 잘 변하지 않는 반면 열용량이 작은 물체는 조금만 열을 가감해도 쉽게 온도 변화를 일으킨다. 그 값은 질량에 비례하며, 단위질량의 열용량은 각 물질 고유의 값으로 나타내는데, 이것을 그 물질의 비열이라고 한다. 그러므로 어떤 물체의 열용량은 비열과 질량을 곱한 것이라 할 수 있다. 단위는 J/K 또는 ㎉/K로 표시한다[2].
어떤 물질의 온도를 1℃만큼 높이는데 필요한 열량.
같은 질량의 물체라도 열용량이 클수록 온도 변화가 작고, 가열 시간이 많이 걸린다.
단위 : J/K 또는 ㎉/K
열용량(C) = 질량(m) × 비열(C)
비열의 정의에서 질량을 고려하지 않은 것이다.
cf. 열량(Q) = 열용량(C) × 온도 변화(△t) = 질량(m) × 비열(C) × 온도 변화(△t) [3].
1-1-3. 엔탈피 변화

물리적 변화나 화학적 변화에 수반되는 엔탈피 변화는 열량계를 이용하여 일정한 압력하에서 이 변화가 일어날 때 생기는 온도 변화를 모니터함으로써 측정할 수 있다. 연소반응의 경우에는 단열 불꽃 열량계를 이용하여 산소를 공급해 주면서 일정량의 시료 물질을 공급하였을 때의 ΔT를 측정한다. ΔH를 구하는 또 하나의 방법은 일정․부피 열량계를 이용하여 내부 에너지 변화를 측정한 다음 ΔU의 값으로부터 ΔH를 구하는 것이다. 고체나 액체는 몰 부피가 작고 이들의 pVm 값도 작기 때문에 몰 엔탈피와 몰 내부 에너지가 거의 같다. 따라서 액체나 고체만이 관여하는 반응의 경우에는 ΔH와 ΔU가 거의 같다. 물리적으로 이러한 변화에서는 부피가 대단히 조금밖에 변하지 않으며 계가 이러한 반응을 일으키면서 주위에 하는 일은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 열의 형태로 공급되는 에너지가 전부 계 안에 머물게 된다. 완전 기체의 상태식을 H의 정의에 넣어주면 완전 기체의 엔탈피를 다음과 같이 내부 에너지와 연관시켜 줄 수 있다.

참고자료

· 없음