[화학과 물리화학 실험] Properties of a system of three partially miscible liquids 3상 상평형

소개

《 실험 목적 》 3성분계를 분광학적으로 측정하고 Boundary curve와 Tie line을 상평형그림을 그린다.
《 실험 이론 》
평형상태에서 여러 개의 상을 포함하는 계에 대한 자유도(The number of degrees of freedom)를 일반적인 표현은 다음과 같다.
…………… (1)
[F=number of freedom, C=number of component, P=number of phase in equilibrium]
여기에서 자유도는 계의 상태를 묘사하는 세기 성질들 즉 온도, 압력, 농도들 중 가장 작은 수치이다. C는 계에서 각 상의 조성이 분리될 수 있으므로 가장 작은 수의 종으로 정의된다. 이러한 계는 3개의 액체 요소, 2개의 액체와 1개의 고체 요소, 1개의 액체와 2개의 고체 요소로써 구성되는 3요소의 액체 계를 포함한다. Phase rule을 따르면 3성분 계에서의 single phase는 4의 최대값을 갖게 된다.
= 3 - 1 + 2 = 4
압력과 온도가 일정할 때의 phase rule은 다음과 같이 표현된다.

목차

《 실험 일자 》
《 공동실험자 》
《 실험 목적 》
《 실험 이론 》
《 실험 기구 및 시약 》
《 실험 방법 》
《 실험 결과 》
《 고 찰 》

본문내용

《 실험 방법 》
① Boundary curve를 결정하기 위해 다음과 같은 혼합용액을 만든다.
Solution number
n-Heptane (mL)
n-Propanol (mL)
1
0.18
3.11
2
0.37
5.91
3
0.74
7.16
4
1.84
7.8
5
3.68
9.02
6
5.15
8.87
7
7.35
4.04
8
11.03
5.91
9
14.34
3.76
② 뷰렛을 이용하여 각각의 용액에 Water를 조금씩 가한다(약간의 층이 생길 때까지). 가한 Water의 양을 기록한다.
③ 석영 cuvette에 층의 윗부분 용액을 채취한다(하나는 바탕용액으로 쓰고, 하나는 Methyl orange를 넣고 UV로 분석하여 최대파장을 찾아 기록한다).
④ 부피비를 질량비로 바꾸어 그래프에 각각 표시한 후 연결하여 Boundary curve를 그리고 각각의 최대파장을 함께 써준다.
⑤ Tie line을 그리고 각 용액의 파장을 측정하기 위해 다음과 같이 준비한다.
Solution number
n-Heptane (mL)
n-Propanol (mL)
Water (mL)
10 (tie line결정)
7.35
6.22
5
11 (tie line결정)
9.93
7.62
5.5
12 (n-Heptane)
15
0
0
13 (n-Propanol)
0
15
0
14 (Water)
0
0
15
⑥ 석영 cuvette에 층의 윗부분 용액을 채취한다(하나는 바탕용액으로 쓰고, 하나는 Methyl orange를 넣고 UV로 분석하여 최대파장을 찾아 기록한다).
⑦ 석영 cuvette에 층의 아랫부분 용액을 채취한다(하나는 바탕용액으로 쓰고, 하나는 Methyl orange를 넣고 UV로 분석하여 최대파장을 찾아 기록한다).
⑧ 부피비를 질량비로 바꾸어 그래프에 각각 표시한 후 파장에 따라 tie line을 결정한다.
※주의 사항※
→ ‘②’번 과정에서 층은 아주 미세한 물의 양의 변화에 의해 생기므로 적정을 할 때 주의를 기울인다.

참고자료

· Gibert W. Castellan, PHYSICAL CHEMISTRY, Third edition, University of Maryland.
· Rovert H. Perry, Perry;s Chemical Engineer`s Hand book, 6th edition, Mc Graw-Hill, singapore, 1985