[화학공학과 화학공학 실험]증기압 측정과 평균 증발열측정.

소개

1. INTRODUCTION
1-1. 실험목적
이 실험의 목적은 액체의 증기압을 동적인 방법으로 약 300mmHg에서 760mmHg의 범위에 걸쳐 측정하는 데 있다. 또 증기압 자료로부터 평균 증발열을 계산한다 [1].

ABSTRACT
이번 실험은 400mmHg, 460mmHg, 520mmHg, 640mmHg, 760mmHg에서 물과 메탄올의 증기압을 동적인 방법으로 측정하여 이 자료로부터 평균 증발열을 계산하는 실험이었다. 여기서 動的인 방법이란 액체에 일정한 압력을 가하고 그 압력 하에서 액체의 끓는점을 측정하는 방법을 말한다.
서로 다른 순수한 액체의 증기압은 온도가 증가함에 따라 증가한다.
액체의 끓는점이란 액체의 증기압과 외부 총압력(대기압)이 같아지는 온도이다. 특히 1기압일 때 액체의 끓는점을 정상 끓는점이라고 한다. 액체 증기압곡선으로부터 압력은 끓는점과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있는데 압력이 감소하면 끓는점이 감소한다. 이번 실험에서 사용한 물과 메탄올의 400 mmHg 에서의 끓는점은 약 83.0℃와 49.9℃ 이고 760mmHg 에서의 끓는점은 100℃와 64.7℃이다.
이와 같은 효과는 액체가 증발할 때 큰 부피 차에 의해 생기는 결과이다. 그러나 고체가 녹을 때에는 부피변화가 크지 않으므로 녹는점이 외부압력에 영향을 크게 받지 않는다. 실제 유기화학실험에서는 760mmHg 보다 조금 크거나 작은 압력으로 끓는점을 보정해 줄 필요가 있다.
이번 실험에서는 전반적으로 끓는점이 문헌값보다 낮게 측정되었다. 끓는점에 대한 증기압의 그래프는 일반적으로 오른쪽 아래로 볼록한 형태로 그려지는데 우리가 측정한 값을 토대로 물에 대한 그래프를 그려본 결과 왼쪽 위로 볼록한 형태로 그려졌다. 그리고 물은 대기압(760mmHg)에서 끓는점이 100℃인데, 실험에서는 98℃에서 끓었다. 760mmHg에서 뿐만 아니라 전반적으로 모든 끓는점이 문헌값보다 낮게 측정되었지만, 중간값(460mmHg, 520mmHg, 640mmHg)에서의 끓는점이 400mmHg와 760mmHg에서의 끓는점보다 문헌값과의 차이가 훨씬 더 커서 그래프의 형태가 반대로 나온 것이라 생각된다. 이에 반해 메탄올의 그래프는 물에서의 그래프보다 비교적 제대로 나왔다. 메탄올의 끓는점도 문헌값보다는 낮게 측정되었으나, 물에서보다는 오차의 범위가 적었다. 물을 이용한 실험을 끝내고 난 후 메탄올의 실험을 했기 때문인지 메탄올의 실험은 대체로 잘 된 것 같다.

목차

ABSTRACT
TABLE OF CONTENTS
1. INTRODUCTION
1-1. 실험목적
1-2. 이론
1-3. 실험 시 유의사항
2. EXPERIMENTAL
2-1. 기구 및 시약
2-2. 실험 절차
2-3. 물리상수
3. RESULTS ＆ DISCUSSION
3-1. Raw Data
3-2. Results
4. REFERENCES

본문내용

2. EXPERIMENTAL
2-1. 기구 및 시약
이번 실험에서는 우선 그림 11과 같은 증기압 측정장치가 있어야 한다. 그리고 0.1˚간격으로 눈금을 매긴 0-100℃ 온도계, aspirator 또는 진공펌프, 가열망태기(heating mantle)와 파워스탓(powerstat), 끓임쪽 등이 필요하다. 시약으로는 물과 메탄올이 필요하다.
2-2. 실험 절차
이번 실험에서 사용할 장치는 그림 11과 같다. 측정할 액체를 가열할 때에는 과열되지 않도록 조심하고, 온도는 ±0.1˚까지 읽는다. 온도계가 상당히 길게 액체 위로 노출되므로 온도계의 노출부에 대한 보정(stem correction)을 할 필요가 있다. 따라서 노출된 온도계 주위의 공기 온도와 마개 위로 노출된 부분 중 가장 낮은 온도 눈금을 읽어서 기록해 두어야 한다.
2-2-1. 절차
실험용으로 택한 액체인 물은 플라스크 속에 깊이가 약 4㎝ 되도록 넣었다. 물은 이 정도 깊이로 하여도 가열시 온도계의 눈금을 읽는데 어려움이 없었으나, 메탄올은 끓는점이 낮으므로 온도계를 높게 설치하기 위해 메탄올 실험시에는 액체의 양을 물보다 많게 하였다. 너무 심하게 끓는 것을 방지하기 위하여 끓임쪽을 넣었다. 다음에 마개와 온도계를 끼웠다. 이때 온도계의 끝부분이 액체에 살짝 담궈 지도록 하였다. 냉각기를 수도꼭지에 연결하고, 물 aspirator를 이용하여 장치 안의 압력이 약 400mmHg까지 감소되도록 계를 배기 시켰다. 그 후 스톱콕 A를 닫은 후 액체가 천천히 끓을 때까지 가열하였다. 그리고 액체의 온도, 실온, manometer 양쪽관의 수은주의 높이 및 대기압을 기록하였다.
400mmHg에서의 끓는점을 측정한 후 스톱콕 A를 천천히 조심스럽게 열어서 압력을 약 3㎝Hg 정도 증가시켰다. 그리고 이때의 끓는점을 측정하였다. 이런식으로 계속해서 압력을 3㎝Hg 만큼씩 증가시키면서 400mmHg, 460mmHg, 520mmHg, 640mmHg, 760mmHg 에서의 끓는점을 측정하였다 [16].

참고자료

· 1. 신형식 편저, 화학공학기초실험, 전북대학교 환경·화학공학부, 실험 6, P. 22.
· 2. 黃正儀, 물리화학, 喜重堂, 서울특별시 , Chapter 5, P. 79∼80, 1986.
· 3. http://100.empas.com/entry.html/?i=33528&v=&Ad=photorental.
· 4. 黃正儀, 물리화학, 喜重堂, 서울특별시 , Chapter 12, P. 244∼245, 1986.
· 5. http://www.nces.go.kr/r_study/mpaqec/theory/handing/experiment/distill.htm.
· 6. 화학교제편찬위원회역, 유기화학실험, 淸文閣, 서울특별시, Chapter 4, P. 34∼38, 1997.
· 7. 정광보·서병수·장승현·임계규공저, 유기화학실험, 신광문화사, 서울특별시, Chapter 3,
· P. 38∼41, 2000.
· 8. http://opendic.naver.com/100/entry.php?entry_id=2418.
· 9. http://kin.naver.com/browse/db_detail.php?dir_id=110202&docid=343925.
· 10. http://www.kma.go.kr/kmas/study/blue_m02/2_center_1_4.htm.
· 11. http://www.gisang.go.kr/kk_kc2_02.html.
· 12. 정광보·서병수·장승현·임계규공저, 유기화학실험, 신광문화사, 서울특별시, Chapter 3,
· P. 34∼35, 2000.
· 13. 화학교제편찬위원회역, 유기화학실험, 淸文閣, 서울특별시, Chapter 5, P. 67∼68, 1997.
· 14. 화학교제편찬위원회역, 유기화학실험, 淸文閣, 서울특별시, Chapter 6, P. 77, 1997.
· 15. 정광보·서병수·장승현·임계규공저, 유기화학실험, 신광문화사, 서울특별시, Chapter 6,
· P. 115, 2000.
· 16. 신형식 편저, 화학공학기초실험, 전북대학교 환경·화학공학부, 실험 6, P. 24.
· 17. http://100.empas.com/entry.html/?i=97159&v=44&Ad=photorental.
· 18. 오준석 역, 화학원론, 형설출판사, 서울특별시, P. 549, 1983.
· 19. McGraw-Hill, Lange`s Handbook of chemistry, Twelfth edition.