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

소개

1. 실험 목적
특정 온도에서의 물질의 조성의 상의 상태를 알 수 있으며 이를 통해 3성분계상을 도시화하고 분광학적으로 측정할 수 있다.
2. 실험 원리
2-1. 이론적 해석
2-1-1. 3성분계
3성분계에서는 변수가 F = 3 - P + 2 = 5 - P 이다. 계가 하나의 상만으로 되어 있을 때는 계를 표시하는 데 네 개의 변수가 필요하며, T, p, x1, w2의 네 개를 택하면 편리하다. 이런 계를 완전하게 그림으로 나타내려면 3차원으로도 불가능하고 2차원으로는 더 말할 필요도 없다. 따라서 이러한 계는 일정한 온도와 일정한 압력에서 표시하는 것이 보통이다. 그러면 변수는 F`=3-P가 되므로 계는 기껏해야 2개의 변수를 가지며 평면 위에 표시할 수가 있다. 온도와 압력을 고정시키면 남아 있는 변수는 x1+x2+x3=1의 관계를 갖는 조성 변수 x1, x2, x3이다. 이 중의 어느 둘을 명시하면 셋째 번 값이 정해진다. Gibbs와 Roozeboom은 정삼각형을 써서 계의 상태를 그림으로 표시하였다. Figure 1은 이 방법의 원리를 설명해 준다. 삼각형의 꼭지점 A, B, C는 100% A, 100% B, 100% C를 표시한다. AB에 평행한 선은 C의 여러 가지 퍼센트를 나타낸다. 선 AB위의 점은 모두 0%의 C를 포함하는 계를 나타내며 xy 위의 점은 모두 10%의 C를 포함하는 계를 나타낸다. 점 P는 30% C를 포함하는 계를 나타낸다. 삼각형의 어느 주어진 변에 수직된 길이는 그 변의 반대쪽 꼭지점에 있는 성분의 퍼센트를 나타낸다. 따라서 길이 PM은 C의 퍼센트, 길이 PN은 A의 퍼센트, 길이 PL은 B의 퍼센트를 나타낸다(AC와 CB에 평행한 선은 명확하게 하기 위해서 생략했다). 이런 수선의 길이를 합하면 삼각형의 높이와 항상 같아지는데 이 높이를 100%로 취한다. 이 방법을 이용하면 3성분계의 임의의 조성을 삼각형 안의 한 점으로 표시할 수 있다.

...생략

목차

실험3. Ternary phase diagrams
1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 시약
4.실험방법
5. 실험결과
6. 고찰
7. References

본문내용

4.실험방법
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

· [1]. Gilbert W. Castellan, PHYSICAL CHEMISTRY, Third edition, University of Maryland. pp 327-329.