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분쇄 실험 결과보고서 (부경대학교) 평가A+최고예요

화학공학실험Ⅱ 결과 보고서분반실험 일자2023.09.22제출 일자2023.09.29조학번성명① 실험 제목: 분쇄② 실험 목적소형 볼 밀(ball mill)로 건식 분쇄한 고체 시료를 조업 변수(회전 수, 분쇄 시간 등)에 따라 입경을 분석하여 분쇄 효과의 변화를 조사, 고찰하고 분쇄와 체 분석의 원리를 이해하는데 그 목적이 있다.③ 실험 이론●분쇄(Comminution)분쇄는 파쇄, 절단, 진동 또는 기타 공정에 의해 고체 물질을 하나의 평균 입자 크기에서 더 작은 평균 입자 크기로 감소시키는 것이다.●분쇄의 목적① 고체의 표면적을 증가시켜 연소 반응이 빠르게 일어나게 하기 위해서② 건조나 추출의 속도를 증가시키기 위해서③ 입도를 작게 함으로서 고체의 혼합을 용이하게 하기 위해서●분쇄의 원리분쇄의 원리는 보통 4가지로 분류할 수 있다.압축단단한 고체를 조분쇄하는데 쓰임정지된 물체에 양쪽에서 힘을 가했을 때충격미분쇄나 조분쇄에 함께 쓰임한 쪽에서 어떠한 속도를 가진 힘으로 물체를 내리칠 때마모연한 물질을 미분말로 분쇄하는데 쓰임물체를 양쪽에서 누르면서 서로 반대 방향으로 미는 힘을 가했을 때절단일정한 크기나 모양의 입자를 만드는 데 쓰임●분쇄기의 분류분쇄기는 다음 세 가지 응력 메커니즘에 따라 분류할 수 있다.① 두 표면 (표면-입자 또는 입자-입자) 사이에서 낮은 속도(0.01~10m/s)로 작용하는 응력조크러셔(jaw crusher)자이러토리크러셔(gyratory crusher)롤조쇄기(crushing roll)② 단일 고체 표면(표면-입자 또는 입자-입자)에서 높은 속도(10~200m/s)로 작용하는 응력해머 밀 (hammer mill)핀 밀(pin mill)③ 운반 매체에 의해 작용하는 응력볼 밀(ball mill)샌드 밀(sand mill)콜로이드 밀(colloid mill)●볼 밀(ball mill)볼 밀은 분쇄기의 한 종류로 화학물질, 광석, 도료, 세라믹 원료 등의 재료를 분쇄하는 데 사용되는 원통형 장치이다. 볼 밀은 수평축을 중심으로 회전하며 수에 따른 볼의 운동 상태볼 밀의 회전 수에 따른 볼의 운동 상태는 4가지 형태로 나타난다.(d)의 경우 회전 수가 작아 볼이 원통 내벽에서 뭉쳐 있는 모습을 나타내고, (c)와 (b)로 갈수록 회전 수가 점점 커지는 것을 관찰할 수 있다. (a)에서는 회전 수가 가장 크고 이는 원심력에 의해 볼이 원통 내벽에 붙어서 나오는 극단적인 상황을 가정한 것이기 때문에 분쇄는 일어나지 않는다.●체 분리체 분리는 입도 분석을 위한 한 가지 방법이다.[설명]* 체의 지름이 큰 것부터 차례대로 쌓아서 시료를 맨 위에 넣고 충분히 흔든 후 걸러서 사용한다.* 표준화된 순서에 따라 체질하면 신뢰성 있는 입도분석 값을 얻을 수 있다.* 표준체는 금속실로 만들어지며, 그 굵기와 창의 간격이 염격하게 규격화 되어있다.[장단점]장점 – 많은 양의 시료를 처리하는 데 편리하다.단점 – 너무 작은 입자는 체 분리로 처리하기 어렵다. 시료를 체질하는 데 사용되는 에너지의 양은 임의로 결정되기 때문에 이로 인한 결과의 변동성이 발생할 수 있다.●입경분포(PSD, Particle Size Distribution)입경분포는 입자의 크기에 따라 입자가 분포하는 상대적 양을 나타내는 수학적 함수이다. 이를 분석하기 위해서는 누적 잔류분율이 사용된다.분쇄에 사용한 전체 시료의 질량에 대한 체 입경이상의 큰 입자의 질량의 비를 누적 잔류분율이라고 하고 잔류분율 R은 시료의 무게에 대한 입경이 보다 큰 입자의 무게의 비를 말한다.볼 밀에 의한 분쇄의 경우 분쇄물의 입경분포는 일반적으로 지수법칙이 작용된다고 한다. 이 때 기호로 누적 잔류분율 R(Dp)을 사용하며 이는 다음의 식(Rosin-Rammler 식)으로 구할 수 있다.곡선이 누워있을수록 입도분포 양호, 양입도, 균등곡선이 서있을수록 입도분포 불량, 빈입도, 불균등위 식을 정리하면위의 식의 양변에 log를 두 번 취하면 다음과 같다.④ 실험 방법●시약 및 기구[시약]- 건식 고체 시료(분필)[Figure 3] 탄산칼슘시약명탄산칼슘(Calcium 분말을 붓으로 잘 털어준다.- 시료 분말이 공기 중에 날아다니므로 반드시 마스크를 착용한다.- 단지를 올릴 경우 일시적으로 RPM이 낮아질 수 있기 때문에 실험하고자 하는 RPM에 도달하는 시점부터 시간을 측정한다.⑤ 실험 결과rpm체의 입경 (mm)mesh5분10분15분초기 시료 무게 (g)2004.75429.27228.79328.1121180.00600.0170.7124.850.001000.42540.250.0010.0010.0080.273.270.0150.0090.080.2이하0.9621.3881.953합계30.25730.19130.1729.5954004.75427.5524.87822.3961180000.7124.850.0030.0030.0030.42540.250.04100.0070.273.270.090.0170.130.2이하1.2371.6442.143합계28.92126.54224.67929.237●각 입경에 대한 mesh 값 구하기1) 4.75 mm의 mesh 값: 42) 1 mm의 mesh 값: 183) 710 의 mesh 값 (내삽법)mesh20840.74x71025706.12x = 24.854) 425 의 mesh 값 (내삽법)mesh35500.38x42540419.1x = 40.255) 200 의 mesh 값 (내삽법)mesh70210.82x20080177.8x = 73.27[200 rpm]5분10분x의 무게(g)R(Dp)log[2-logR(Dp)]x의 무게(g)R(Dp)log[2-logR(Dp)]29.27298.908-2.321828.79397.290-1.92330.00698.928-2.3300097.290-1.92330.00198.932-2.3314097.290-1.92330.00198.935-2.33280.00197.293-1.92380.01598.98-2.35410.00997.32-1.92880.962102.2Error1.388102.01Error15분x의 무게(g)R(Dp)log[2-logR(Dp)]28.11294.98-1.65110.385.1-1.15450.04194.38-1.6000085.1-1.15450.0994.68-1.62510.01785.16-1.15631.23798.92-2.32611.64490.78-1.376715분x의 무게(g)R(Dp)log[2-logR(Dp)]22.39676.60-0.9364076.60-0.93640.00376.61-0.93660.00776.63-0.93710.1377.08-0.94672.14384.41-1.1330●R(Dp) 값 구하기[200 rpm/5분]4.75 mm1 mm710425200바닥● log[2-logR(Dp)] 값 구하기[200 rpm/5분]4.75 mm log[2-logR(Dp)] = log[2-log(98.91)] = -2.32241 mm log[2-logR(Dp)] = log[2-log(98.928)] = -2.3296710 log[2-logR(Dp)] = log[2-log(98.932)] = -2.3313425 log[2-logR(Dp)] = log[2-log(98.935)] = -2.3325200 log[2-logR(Dp)] = log[2-log(98.98)] = -2.3513바닥 log[2-logR(Dp)] = log[2-log(102.2)] = Error이와 같은 방법으로[200 rpm/10분] [200 rpm/15분] [400 rpm/5분] [400 rpm/10분] [400 rpm/15분] 에서의R(Dp) 값과 log[2-logR(Dp)] 값을 구한다.[Figure 6] 200 rpm 일 때의 평균 vs 그래프[Figure 7] 400 rpm 일 때의 평균 vs 그래프⑥ 실험 고찰이번 실험은 볼 밀(ball mill)로 건식 분쇄한 고체 시료를 회전 수와 분쇄 시간에 따라 입경을 분석하여 분쇄 효과의 변화를 알아보고 분쇄와 체 분리의 원리와 방법을 이해하는 실험이었다. 쉽게 말해 분쇄란, 큰 입자에서 작은 입자로 만드는 것이다. 분쇄 대상은 건식 고체 시료로 분필(30g)을 사용하고 회전 수(200rpm/400rpm)와 분쇄으로 나온 입경이 작은 분쇄물의 양이 더 많을 것이라고 예상했다.먼저 200 rpm (5분/10분/15분) 조건에서 실험을 진행하였다. 200 rpm은 상대적으로 회전 수가 낮아 외관상으로 분쇄 전 분필과 분쇄 후 분필을 비교했을 때 큰 변화가 보이지 않았다. 분쇄 후 4.75 mm에 남아있는 시료 무게 결과에서도 29.272(5분), 28.793(10분), 28.112g(15분)으로 초기 시료 무게인 29.595g과 비교했을 때 큰 차이가 없었다. 반면, 400 rpm에서는 상대적으로 회전 수가 높아 분쇄 후의 분필이 여러 조각으로 부서지는 등의 변화를 관찰할 수 있었다. 분쇄 후 4.75 mm에 남아있는 시료 무게 결과에서도 27.55(5분), 24.878(10분), 22.396g(15분)으로 초기 시료 무게인 29.237g과 비교했을 때 차이가 존재함을 확인할 수 있었다. 그리고 체 분리 후 가장 바닥에 존재했던 분쇄물의 양을 비교하면 200 rpm의 결과는 1.953g, 400 rpm의 결과는 2.143g이었다. 이를 통해 회전 수(rpm)가 커질수록, 분쇄 시간이 길어질수록 분쇄 효과는 증가하여 최종적으로 나온 입경이 작은 분쇄물의 양이 더 많을 것이라고 예상한 결과가 맞다는 것을 알 수 있었다.실험 결과를 바탕으로 누적 잔류분율(R(Dp)을 계산해 보았다. 같은 회전 수(200 rpm 또는 400rpm)에서의 누적 잔류분율을 비교해보면 분쇄 시간이 5분, 10분, 15분으로 증가할수록 누적 잔류분율 값은 점점 감소하는 것을 확인할 수 있었다.200 rpm에서의 실험 결과를 보면 초기 시료 무게와 분쇄 후 시료의 합계 무게에서 차이가 발생하였다는 것을 확인할 수 있었다. 이론 상으로는 합계 무게는 초기 시료 무게와 비슷하거나 더 적어야 하지만 실제 측정 값은 더 많았다. 그 오차에 대해 생각해보았다. 이전 분반 실험자들이 실험하고 남은 시료 잔여물들이 볼 밀 바닥에 깔려 있었고 볼 밀에 묻어 있던 시료 가루가 완전히 제거되지 못한 상태였기 때문에 무게참고문헌

공학/기술| 2024.09.05| 14페이지| 2,500원| 조회(214)

화학공학실험, 분쇄, 분쇄실험, 분쇄실험결과보고서

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초산에틸의 검화 실험 결과보고서 (부경대학교)

화학공학실험Ⅱ 결과 보고서분반실험 일자2023.11.10제출 일자2023.11.17조학번성명① 실험 제목: 초산에틸의 검화② 실험 목적NaOH의 초산에틸의 회분기에서의 반응은 2차 반응으로 예상된다. 실험을 통해 data를 구하고 이를 이용하여 2차 반응임을 확인하고 반응속도 상수를 계산하여 이미 구해 놓은 값과 비교한다.③ 실험 이론●검화(Saponification)검화는 수용성 알칼리의 작용에 의해 에스터를 카복실레이트 염과 알코올로 분해하는 과정이다. 일반적으로 수산화나트륨 수용액이 사용된다. 카복실레이트가 긴 사슬일 때, 그것의 염은 비누라고 불린다. 초산에틸을 검화하면 에탄올과 아세트산 나트륨을 얻을 수 있다.C2H5O2CCH3 + NaOH → C2H5OH + NaO2CCH3●반응속도(Reaction rate)반응속도는 화학 반응이 일어나는 속도를 나타내며, 단위 시간당 생성물의 농도 증가와 단위 시간당 반응물의 농도 감소에 비례하는 것으로 정의된다.aA + bB → pP + qQ소문자(a, b, p, q)는 화학양론적 계수를 나타내고 대문자는 반응물(A, B)과 생성물(P, Q)을 나타낸다.IUPAC의 Gold Book 정의에 따르면 반응 중간체의 축적 없이 일정한 부피로 닫힌 계에서 발생하는 화학 반응에 대한 반응 속도 v는 다음과 같이 정의된다:여기서 [X]는 물질 X의 농도(= A, B, P, Q)를 나타내며, 이렇게 정의된 반응속도는 mol/L/s의 단위를 갖는다.●아레니우스 방정식(Arrhenius equation)아레니우스 방정식은 절대 온도에 대한 화학 반응의 속도 상수의 의존성을 다음과 같이 나타낸다.: 속도 상수, : 아레니우스 인자, : 반응의 활성화 에너지, : 기체 상수, : 절대온도●미분법(Differentiation)회분식 반응기에서 반웅속도식은 다음과 같다.[그림 1]반응 차수를 구하기 위해 CA와 t의 그래프를 [그림 1(a)]와 같이 나타낸다. 임의의 t에서 접선의 기울기(dCA/dt)를 계산하여 그래프를 그렸을 때 -[그림 1(b)]이다. 위 식 -dCA/dt = kA CAn의 양변에 ln을 취하면 ln(-dCA/dt) = ln kA n lnCA가 된다. 이를 ln(-dCA/dt) vs lnCA의 양대수 좌표 상에 플롯하면 [그림 1(e)]와 같이 그래프의 기울기 n은 반응 차수, ln kA는 y절편이 된다.●적분법(Intergral method)반응 차수를 가정하여 설계방정식을 대입한 다음, 적분형을 구하고 그것과 실험 데이터를 비교하여 속도를 결정하는 방법이다.(1) 0차 반응 – 반응속도가 반응물의 농도와 무관한 경우(2) 1차 반응 – 반응속도가 한 반응물의 속도에만 비례하는 경우(3) 2차 반응 – 반응속도가 한 반응물의 농도의 제곱에 비례하는 경우●역적정(Back titration)역적정은 화학분석 정량법 중 하나로, 기존 시료를 적정하는 대신 알려진 초과량의 표준 시약을 시료 용액에 첨가하여 초과량을 적정하는 방법이다. 이 과정은 주로 침전 반응과 같이 역적정의 종말점이 일반 적정의 종말점보다 더 명확하게 식별되는 경우에 활용된다. 또한, 분석물과 적정물 사이의 반응이 매우 느리거나 분석물이 불용성 고체에 존재하는 경우에 유용하다.●Factor(농도계수)Factor는 표준액의 농도가 실제 목표한 농도와 얼마나 차이가 나는지를 나타내는 요소이다. 실험값과 이론값이 일치하지 않는 경우, 이를 보정하기 위해 Factor를 구하여 사용한다.농도 계수(Factor, f) =농도 계수가 1에 가까워질수록 실험에서 얻은 실제 농도가 이론 농도에 가까워진다고 볼 수 있다.: 이론적 노르말농도: 이론적 부피: 이론적 농도계수: 실험적 노르말농도: 실험적 부피: 실험적 농도계수④ 실험 방법●시약 및 기구[시약]시약명염산(Hydrochloric acid)화학식HCl분자량36.46밀도1.49 g/L끓는점-85.05 ℃시약명수산화나트륨(Sodium hydroxide)화학식NaOH분자량39.9971밀도2.13 g/cm3끓는점1,388 ℃시약명아세트산 에틸(Ethyl acetate)화학는 지시약[기구]삼각 플라스크(Erlenmeyer flask)둥근바닥 플라스크(Round-bottom flask)피펫(Pipette)뷰렛(Burette)뷰렛 아래에 놓고 적정하기에 적합함액체를 가열하거나 증류하는데 주로 쓰임적은 양의 액체를 옮기는데 쓰임액체의 부피를 측정하는 데 쓰이고 특히 적정에서 사용됨온도계(Thermometer)비이커(Beaker)교반 항온조(Laboratory water bath)온도를 측정하는데 쓰임액체의 부피를 측정하는데 쓰임일정한 온도의 물 속에서 오랜 시간동안 샘플을 배양하는데 쓰임●실험 방법 (Flow chart)●주의사항(1) 온도 변화가 화학 반응 속도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 교반 항온조의 온도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.(2) NaOH는 조해성이 존재하므로 파라필름으로 덮어서 보관한다.(3) 제조한 HCl 용액과 NaOH 용액은 피부에 접촉 시 위험하므로 주의한다.⑤ 실험 결과●시약 제조(1) 0.05N HCl 표준용액 500mL (순도 35~37%)필요한 HCl 양 =실제 사용한 HCl 양 = 2.2 mL(2) 0.02N NaOH 250mL (순도 98%)필요한 NaOH 양 =실제 사용한 NaOH 양 = 0.205 g(3) 0.05N NaOH 표준용액 500mL (순도 98%)필요한 NaOH 양 =실제 사용한 NaOH 양 = 1.026 g(4) 0.02N CH3CHOOC2H5 250mL (순도 99.5%)필요한 CH3CHOOC2H5 양 =실제 사용한 CH3CHOOC2H5 양 = 0.5 mL●Factor(f)값 계산0.05N HCl 20mL를 적정하는데 0.05N NaOH 19.2mL를 사용하였다.●CA 계산순번Time(min)역적정한 NaOH 양(mL)CA1/CAln(CA0/CA)0015.90.00866115.470.8371215.80.00892112.110.80742416.00.0084119.050.86753616.20.00788126.90.93144815.90.00866115.470.83751015.0102015.70.00918108.930.7787112216.10.00814122.850.8989(1) 보정한 NaOH 양(2) CA(3) 1/CA(4) ln(CA0/CA)위와 같은 방식으로 순번 1~11에 해당되는 값을 각각 계산해준다.●반응속도 상수 k 구하기(1) 0차 반응 (CA vs t)k = 0.00002, R2 = 0.0173(2) 1차 반응 (lnCA0/CA vs t)k = -0.0019, R2 = 0.0174(3) 2차 반응 (1/CA vs t)k = -0.2093, R2 = 0.0173⑥ 실험 고찰이번 실험은 초산에틸(CH3COOC2H5)과 수산화나트륨(NaOH)의 검화 반응을 역적정을 이용하여 시간에 따른 초산에틸의 농도를 구하고 적분법을 이용하여 반응 차수를 확인해보는 실험이었다. 이번 초산에틸의 검화 실험 과정을 자세히 설명해보면 우선 4가지 시약(0.05N HCl, 0.02N NaOH, 0.05N NaOH, 0.02N 초산에틸)을 조제하고 농도계수를 이용하여 0.05N NaOH를 보정한다. 여기서 보정을 하는 이유는 HCl의 경우 정확한 농도의 시약을 조제하기 쉽지만, NaOH의 경우 조해성이 존재하므로 정확한 농도의 NaOH를 조제하기 어려운데, 이때 보정을 이용함으로써 실험에서 발생하는 오차를 줄일 수 있기 때문이다. 이어서 다음 실험 과정은 0.02N 초산에틸과 0.02N NaOH를 플라스크에 넣어 교반 항온조 속에서 반응시킨다. 그 후 0.05N HCl이 20mL씩 담겨있는 12개의 삼각 플라스크에 2분마다 초산에틸과 NaOH를 반응시킨 용액을 20mL씩 첨가하고 각 플라스크에 페놀프탈레인 용액을 3방울씩 떨어뜨린다. 그 후 0.05N NaOH로 역적정하면 실험은 마무리된다. 역적정을 하는 이유는 초산에틸과 NaOH의 정확한 적정점을 찾기가 어렵고 이 둘의 중화반응의 속도가 느리기 때문이다. 초산에틸과 NaOH는 1:1로 반응하므로 농도가 같다고 할 수 있다. (CNaOH = CCH3COOC2H5 = CA) 따라서 초산에틸과 N값이 가장 1에 가까워야 한다. 그리고 이 실험에서 2분마다 보정된 0.05N NaOH로 적정할 때, 이론적으로는 시간이 지날수록 적정되는 NaOH의 양이 늘어나야 한다. 그 이유는 시간이 지날수록 더 많은 양의 초산에틸과 NaOH가 반응하여 남아있는 NaOH의 양이 줄어들 것이고 이에 따라 HCl과 반응하는 NaOH의 양도 줄어들 것이기 때문이다. 하지만 실제 실험 결과는 이론적으로 예상한 결과와 달랐다. 순번 0부터 11까지의 역적정한 NaOH의 양 측정 결과를 살펴보면, 시간이 지날수록 점점 늘어나지 않고 증가하다가 감소하는 등 값이 뒤죽박죽으로 나타났다. 이 실험 결과를 바탕으로 나타낸 2차 반응의 그래프를 보면 가장 직선의 형태를 보이지도 않고, R2 값이 가장 1에 가깝지도 않았다. 이렇게나 큰 오차가 발생한 원인에 대해 생각해보았다.1) 시약을 조제하는 과정에서 사람이 직접 만들다 보니 정확한 농도의 용액을 조제하지 못했을 수 있다. 그리고 초산에틸과 NaOH를 반응시킨 용액을 20mL씩 12개의 삼각 플라스크에 첨가하는 과정에서 실험실에 있는 피펫의 상태가 좋지 못해 정확히 20mL를 취하는 것이 어려웠다. 대신 눈금실린더를 사용하여 부피를 측정했지만 도중에 흘리는 용액이 많았기 때문에 오차가 발생했을 것으로 예상한다.2) 역적정을 하는 과정에서 페놀프탈레인 지시약의 색의 변화로 중화점을 판단하기에는 한계가 있었다. 플라스크를 흔들면서 용액이 붉어지는 시점(종말점)을 제대로 확인하며 역적정 양을 측정하는 것이 어려웠고 이것 또한 사람이 눈으로 직접 확인하며 측정하는 것이다 보니 어쩔 수 없이 오차가 발생했을 것으로 예상한다.3) 온도 변화가 화학 반응 속도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이번 실험에서 교반 항온조의 온도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다고 하여 이를 지키기 위해 최대한 노력을 해보았지만 매번 취한 용액의 온도가 다 같을 수는 없다고 생각하기 때문에 이것 또한 오차의 원인 중 하나라고 예상한다.⑦ 사용기호: 속도 상수: 아레니우스 헌

공학/기술| 2024.09.05| 15페이지| 2,500원| 조회(199)

화학공학실험, 초산에틸검화, 초산에틸의검화, 초산에틸의검화실험결과보고서

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흡착 실험 결과보고서 (부경대학교)

화학공학실험Ⅱ 결과 보고서 분반 실험 일자 2023.11.24 제출 일자 2023.12.01 조 학번 성명 ① 실험 제목: 흡착 ② 실험 목적 (1) 일정한 농도에서 흡착제의 양을 변화시켜 흡착량을 측정하여 흡착 평형정수와 흡착기구를 규명함으로써 흡착의 원리를 이해하고자 한다. (2) 식초산수용액에서 초산이 활성탄에 흡착되어 초산수용액과 평형에 있을 때의 용액의 농도와 흡착된 초산의 양 사이에 평형관계가 성립하는 것을 확인한다. (3) 수용액으로부터 아세트산이 활성탄에 흡착할 때의 Langmuir, Freundlich의 흡착 등온식을 결정한다. ③ 실험 이론 ●흡착(Adsorption) 고체와 액체, 고체와 기체, 액체와 액체, 기체와 액체 계면에서 기체 또는 액체 혼합물 중의 목적 성분을 제 3의 물질을 사용하여 분리하는 과정으로, 흡착은 기체 상태의 원자, 이온 또는 분자의 부착력, 액체 또는 용해된 고체에서 표면에 부착하는 것이다. - 흡착제(Adsorbent): 흡착조작에서 고체가 부착할 수 있는 표면을 제공하는 물질 - 흡착질(Adsorbate): 고체 표면이나 액상의 계면에 흡착되는 물질 - 흡착계(Adsorption system): 흡착제와 흡착질을 조합한 것 - 흡수(Absorption) : 흡수되는 물질의 원자, 이온 또는 분자가 흡수되는 물질의 벌크 상(기체, 액체, 고체)로 들어가는 화학적 또는 물리적 현상 - 수착(Sorption) : 수소가스와 팔라듐(Pd) 분말을 접촉시키면 흡수와 흡착이 동시에 일어나는 것 ●흡착의 발견 흡착 현상의 발견자는 “Scheele(1773)”라고 알려져 있다. 흡착에 관한 최초의 기록은 목탄이 기체를 흡수하는 것으로 알려져 있는데, 이는 빨아들인다는 라틴어인 “serbo”에서 유래한 것이다. Fontana의 실험에서는 수은을 채워서 거꾸로 세운 시험관에 소량의 암모니아 기체를 넣고 미리 가열하여 냉각된 목탄 조각을 아래에 넣어 기체에 접촉시키면 수은면이 상승하여 기체의 흡착이 일어나는 것을 관찰할 수 있었는은 화학 결합을 포함하는 모든 종류의 결합보다 원자 단위로 보면 훨씬 약하다는 특징이 있다. (2) 화학흡착(Chemisorption) 화학흡착은 흡착질과 흡착제 표면 간에 화학 반응이 일어나 새로운 화학 결합이 형성되는 흡착 형태이다. 이러한 화학 반응은 흡착제 표면에서 부식과 같은 거시적인 현상뿐만 아니라, 미묘한 효과로서 서로 다른 상에 있는 촉매와 반응물 간의 이질적인 촉매 작용과 관련이 있다. 흡착질과 기질 표면 간의 강한 상호 작용으로 새로운 형태의 전자 결합이 형성된다. 특이성으로 인해 화학적 성질과 표면 구조적 특성에 따라 화학흡착의 성질이 크게 달라질 수 있다. 화학흡착에서 흡착질과 흡착제 사이의 결합은 이온결합 또는 공유결합이다. (3) 기상흡착(Vapor adsorption) 기상의 기체 성분이 다공성 고체 표면에 물리적 또는 화학적으로 결합되는 현상을 기상흡착이라고 한다. 온도가 증가할수록 흡착량이 감소하고, 흡착질의 농도와 상대 증기압이 증가할수록 흡착량이 증가하며, 비점과 임계온도가 높아질수록 물질이 흡착되기 쉽다는 특성을 가지고 있다. (4) 액상흡착(Liquid phase adsorption) 액상흡착에 사용되는 흡착제의 세공구조는 기상흡착에 사용하는 것과 비교하여 주로 병진 세공 및 마이크로 세공이 발달해 있다. 기상흡착에서는 분자가 독립적으로 자유롭게 운동하기 때문에 분자 간의 상호작용은 무시할 수가 있고 다루기가 훨씬 간단해진다는 특징이 있다. ●흡착 평형(Adsorption equilibrium) 시간이 지나면 추가적인 흡착은 일어나지 않고 일정한 기상분압에서 일정량의 흡착량이 존재하는 평형상태에 도달한다. 온도를 변화시키면 흡착은 탈착이 일어나고 시간이 지나면 또 그 온도에서의 평형상태에 도달한다. 이와 같은 평형 상태를 흡착 평형이라고 한다. : 흡착 평형 상태에서 흡착제 단위 g 당 흡착된 흡착질의 양 : 흡착질의 초기 농도 : 흡착 평형 후 용액 중의 흡착질 평형 농도 : 용액의 부피 : 흡착제 투여량 ●흡착에 영향을 성립하며 이를 흡착등온선이라 부른다. (1) Langmuir의 흡착등온식 고체 표면에 기체 분자 또는 원자가 흡착할 수 있는 흡착점이 존재한다. 이 흡착점이 다 채워진 최대 흡착에서 단분자종에 대응하는 흡착 에너지는 일정하고 흡착된 용질 사이에는 어떤 분자 간 상호작용이 없다는 가정을 기반으로 하여 다음과 같은 흡착식을 유도하였다. : 흡착제 무게 당 흡착된 용질의 질량(흡착 용량) : 최대 흡착 용량 : 평형상태에서의 흡착질의 농도 : 상수 (2) Freundlich의 흡착등온식 액상 흡착에서 Freundlich의 흡착등온식은 어떠한 온도 범위에서도 흡착평형 실험값이 비교적 잘 성립하는 실험식이다. : Freundlich의 흡착등온식 상수 : 실험상수 (3) BET의 흡착등온식 흡착된 수많은 분자층에 대하여 증발속도와 응축속도를 균형지어 유도한 식이다. : 평형압에 있어서의 흡착 용량 : 단분자층을 형성하는데 필요한 흡착 용량 : 압력 : 포화증기압력 : BET 정수 (4) Henry의 흡착등온식 일반적으로 액상 흡착에서 선형등온식은 Henry의 법칙으로 표현되며 다음과 같이 나타낼 수 있다. : 흡착 평형상수 ④ 실험 방법 ●시약 및 기구 [시약] 시약명 아세트산(Acetic acid) 화학식 CH3COOH 분자량 60.052 밀도 1.049 g/cm3 끓는점 118~119 ℃ 시약명 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 화학식 NaOH 분자량 39.9971 밀도 2.13 g/cm3 끓는점 1,388 ℃ 시약명 염산(Hydrochloric acid) 화학식 HCl 분자량 36.46 밀도 1.49 g/L 끓는점 -85.05 ℃ 시약명 활성탄(Activated carbon) 화학식 C 분자량 12.011 밀도 1.8~2.1 g/cm3 특징 흡착 가능한 표면적을 증가시키는 기공을 갖도록 활성화됨 시약명 페놀프탈레인(Phenolphthalein) 화학식 C20H14O4 분자량 318.328 밀도 1.277 g/cm3 특징 산과 알칼리를 구별하는 지시약 [0.1N 초산 500mL (분자량 60.05 g/mol, 순도 99.7%, 밀도 1.049 g/cm3) 필요한 초산 양 = 실제 사용한 HCl 양 = 2.85 mL (2) 0.05N NaOH 250mL (분자량 40.0 g/mol, 순도 98%) 필요한 NaOH 양 = 실제 사용한 NaOH 양 = 1.020 g (3) 0.05N HCl 250mL (분자량 36.46 g/mol, 순도 35%) 필요한 HCl 양 = 실제 사용한 HCl 양 = 1.1 mL ●Factor(f)값 계산 0.05N HCl 10mL를 적정하는데 0.05N NaOH 10.8mL를 사용하였다. ●결과 활성탄 양 (g) NaOH 적정량 (mL) NaOH mol수 평형 mol 농도 (mol/L) 흡착 용량 q (mol/g) ln C ln q 0.1 41.8 0.00193 0.0967 0.00162 - 2.3354 - 6.4274 0.211 41.5 0.00192 0.0960 0.00093 - 2.3426 - 6.9796 0.303 38.9 0.00180 0.0900 0.00164 - 2.4073 - 6.4122 0.403 37.0 0.00171 0.0856 0.00178 - 2.4574 - 6.3312 0.499 36.1 0.00167 0.0836 0.00165 - 2.4820 - 6.4093 (1) 보정한 NaOH 양 (2) NaOH mol 수 (3) 평형 mol 농도 (4) 흡착 용량 q ●흡착등온선 그래프 (1) Langmuir 흡착등온선 그래프 (2) Freundlich 흡착등온선 그래프 ⑥ 실험 고찰 이번 실험은 초산에틸(CH3COOC2H5)과 수산화나트륨(NaOH)의 검화 반응을 역적정을 이용하여 시간에 따른 초산에틸의 농도를 구하고 적분법을 이용하여 반응 차수를 확인해보는 실험이었다. 이번 초산에틸의 검화 실험 과정을 자세히 설명해보면 우선 4가지 시약(0.05N HCl, 0.02N NaOH, 0.05N NaOH, 0.02N 초산에틸)을 조제하고 농도계수를 이용하여 0.05N NaO응하므로 농도가 같다고 할 수 있다. (CNaOH = CCH3COOC2H5 = CA) 따라서 초산에틸과 NaOH의 반응속도식은 dCA/dt = -k1CA2로 2차 반응으로 가정할 수 있다. 이를 바탕으로 하면 이론적으로 2차 반응이라 가정한 그래프(1/CA vs t)에서 가장 직선의 형태를 보여야 하고, R2 값이 가장 1에 가까워야 한다. 그리고 이 실험에서 2분마다 보정된 0.05N NaOH로 적정할 때, 이론적으로는 시간이 지날수록 적정되는 NaOH의 양이 늘어나야 한다. 그 이유는 시간이 지날수록 더 많은 양의 초산에틸과 NaOH가 반응하여 남아있는 NaOH의 양이 줄어들 것이고 이에 따라 HCl과 반응하는 NaOH의 양도 줄어들 것이기 때문이다. 하지만 실제 실험 결과는 이론적으로 예상한 결과와 달랐다. 순번 0부터 11까지의 역적정한 NaOH의 양 측정 결과를 살펴보면, 시간이 지날수록 점점 늘어나지 않고 증가하다가 감소하는 등 값이 뒤죽박죽으로 나타났다. 이 실험 결과를 바탕으로 나타낸 2차 반응의 그래프를 보면 가장 직선의 형태를 보이지도 않고, R2 값이 가장 1에 가깝지도 않았다. 이렇게나 큰 오차가 발생한 원인에 대해 생각해보았다. 1) 시약을 조제하는 과정에서 사람이 직접 만들다 보니 정확한 농도의 용액을 조제하지 못했을 수 있다. 그리고 초산에틸과 NaOH를 반응시킨 용액을 20mL씩 12개의 삼각 플라스크에 첨가하는 과정에서 실험실에 있는 피펫의 상태가 좋지 못해 정확히 20mL를 취하는 것이 어려웠다. 대신 눈금실린더를 사용하여 부피를 측정했지만 도중에 흘리는 용액이 많았기 때문에 오차가 발생했을 것으로 예상한다. 2) 역적정을 하는 과정에서 페놀프탈레인 지시약의 색의 변화로 중화점을 판단하기에는 한계가 있었다. 플라스크를 흔들면서 용액이 붉어지는 시점(종말점)을 제대로 확인하며 역적정 양을 측정하는 것이 어려웠고 이것 또한 사람이 눈으로 직접 확인하며 측정하는 것이다 보니 어쩔 수 없이 오차가 발생했을 것으로 예상한다. 3) 온도

공학/기술| 2024.09.05| 14페이지| 2,500원| 조회(214)

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기체상수 결정 실험 결과보고서 (부경대학교) 평가A+최고예요

전공기초실험Ⅱ 결과 보고서실험 제목기체상수 결정실험 일자2022.11.11제출 일자2022.11.18분반조학번성명●실험 제목: 기체상수 결정●실험 목적: 이상기체 상태방정식 PV=nRT의 의미를 알아보기 위하여 산소기체를 발생시켜 기체상수 R의 값을 계산하여 본다.●실험 이론1) 기체의 온도, 압력, 부피 관계보일의 법칙(Boyle’s law): 온도가 일정할 때, 기체의 압력은 부피에 반비례한다. ()샤를의 법칙(Charles’s law): 압력이 일정할 때, 기체의 부피는 온도에 비례한다. (아보가드로 법칙(Avogadro’s law): 온도와 압력이 일정할 때, 기체의 부피와 몰수는 비례한다. (2) 이상기체 법칙(Ideal gas law)이상기체 법칙은 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 아보가드로 법칙으로부터 유도된다. 이 세 가지 법칙을 결합하면 이다. 즉, 이상기체 법칙은 이다. 이 식을 정리하면 다음과 같다.압력부피기체의 물질의 양기체 상수절대 온도3) 기체 상수(Gas constant)이상기체 법칙 에서 기체 상수 임을 얻을 수 있다.4) 돌턴 분압 법칙(Dalton’s law of partial pressures)돌턴 분압 법칙은 반응하지 않는 혼합 기체의 전체 압력은 각 기체의 분압의 합과 동일하다는 것을 말한다.: 각 기체의 분압5) 물의 증기압(Vapour pressure of water)물의 증기압은 기체 형태의 수증기 분자에 의해 작용하는 압력이다. 증기압보다 높은 압력에서는 물이 응축되고 낮은 압력에서는 물이 증발하거나 승화된다. 물의 포화 증기압은 온도가 증가함에 따라 증가한다.물의 증기압 표T, °CT, °FP, kPaP, torrP, atm0320.61134.58510.006010501.22819.22150.012120682.338817.54240.023130864.245531.84390.0419401047.381455.36510.07285012212.344092.58760.12186014019.9320149.50230.19577015831.1760233.83920.30778017647.3730355.32670.46259019470.1170525.92080.69206) 촉매(Catalyst)촉매는 반응에서 소비되지 않고 반응 후에도 변하지 않으며 반응 속도를 증가시키는 물질이다.이번 실험에서 이용되는 촉매 작용에 대해 알아보자.염소산칼륨은 촉매(이산화망간)와 접촉하는 동안 가열되면 쉽게 분해된다. 열을 가하기 전 염소산칼륨과 이산화망간을 섞으면 산소의 발생이 빠르게 일어난다.(Word 수식 기능에 위아래 글씨 첨부가 모두 가능한 화살표 수식이 없어서 MathType 앱을 이용하여 첨부하였습니다.)●실험 방법1) 시약염소산칼륨 (KClO3)분자량: 122.55밀도: 2.32 g/cm3녹는점: 356 °C끓는점: 400 °C특징: 흰색의 결정체 또는 가루주의사항: 가연성 물질과 혼합될 때 자발적으로 발화하거나 폭발하므로 주의해야 한다이산화망간 (MnO2)분자량: 86.9368밀도: 5.026 g/cm3녹는점: 535 °C특징: 갈색-검은색 고체2) 실험기구시험관, 플라스크, 비이커, 핀치 클램프, 스탠드, 고무마개, 고무튜브, 파라 필름, 알코올램프, 라이터, 온도계, 눈금실린더3) Flowchart(직접 실험한 내용을 바탕으로 작성)4) 직접 실험한 내용① KClO3 약 1g(실험1), 약 0.5g(실험2)과 MnO2 약 0.2g을 시험관에 넣고 무게를 잰다.② 플라스크와 비이커에 물을 채운다.③ 기체가 새어 나가지 않도록 기체발생장치의 여러 연결부분의 틈을 파라 필름으로 꼼꼼히 막는다.④ 핀치 클램프를 연 상태에서 고무튜브에 입김을 불어넣어 비이커에 연결된 U자관에 물이 채워지게 한 후 핀치 클램프를 끼운다. 그리고 비이커에 흘러나온 물을 비운다.⑤ 시험관에 있는 염소산칼륨과 이산화망간을 잘 섞어준 후 시험관을 약 30° 기울여 시약병 왼쪽에 고정시킨다.⑥ 비이커 위에 있는 핀치 클램프를 제거하고 알코올램프에 불을 붙여 시험관을 가열한다.⑦ 고무튜브에서 나오는 물을 비이커에 받다가 물이 더 이상 흘러나오지 않을 때 가열을 멈추고 시험관이 식을 때까지 기다린다.⑧ 비이커에 받은 물은 눈금실린더로 부피를 측정하고 시험관의 무게를 다시 측정한다.⑨ 시약병의 물의 온도를 측정한다.●실험 결과실험1실험2사용한 MnO2 무게0.2078 g0.2034 g사용한 KClO3 무게1.0080 g0.5031 g가열하기 전 시료를 넣은 시험관의 무게()14.2798 g12.1756 g가열 후 실온으로 냉각된 시험관의 무게()13.9923 g11.9775 g생성된 산소기체의 무게()14.2798 g – 13.9923 g = 0.2875 g12.1756 g – 11.9775 g = 0.1981 g생성된 산소기체의 몰수()생성된 산소기체의 부피(=비이커에 받은 물의 부피)234 mL170 mL물의 온도(T)20 °C = 293.15 K20 °C = 293.15K대기압()1 atm1 atm온도 T에서의 물의 증기압()0.0231 atm0.0231 atm산소 기체만의 압력()1 atm – 0.0231 atm = 0.9769 atm1 atm – 0.0231 atm = 0.9769 atm기체상수(R)의 값(●결론 및 고찰이번 실험은 이상기체 상태방정식 PV=nRT의 의미를 알아보기 위하여 산소기체를 발생시켜 기체상수 R의 값을 계산하여 보는 실험이었다.이산화망간(MnO2)을 이용하여 염소산칼륨(KClO3)을 열분해 시키면 산소기체가 발생한다. 이 반응에서 이산화망간(MnO2)는 산소 발생 속도를 증가시키는 촉매의 역할을 한다.반응을 통해 생성된 산소 기체의 몰수는 가열하기 전 시료를 넣은 시험관의 무게와 가열 후 실온으로 냉각된 시험관의 무게의 차이를 산소의 분자량으로 나누어 구할 수 있다. 생성된 산소 기체의 압력은 돌턴 분압 법칙인 “반응하지 않는 혼합 기체의 전체 압력은 각 기체의 분압의 합과 동일하다”는 정의를 이용해 구할 수 있으며, 생성된 산소 기체의 부피는 비이커에 밀려나온 물의 부피와 동일하다. 따라서 생성된 산소 기체의 몰수(n), 압력(P), 부피(V), 온도(T)를 이상기체 상태방정식 PV=nRT에 대입하면 기체상수 R의 값을 계산할 수 있다.실험1에서 기체상수(R)의 값의 계산 결과는 으로 오차율이 이고, 실험2에서의 기체상수(R)의 값의 계산 결과는 으로 오차율이 이다.기체상수(R)의 이론값()과 실험에서 도출한 결과값 사이에 오차가 발생하는 원인에는 여러가지 이유가 있었다고 생각한다. 먼저 실험에서 발생한 기체는 이상기체가 아니기 때문이다. 이상기체는 실제 존재하지 않는 가상의 기체이므로 부피와 무게가 존재하지 않는다. 따라서 이상기체 상태방정식의 기체상수의 이론값과 실험을 통해 구한 값이 완전히 일치하지 않는 것이 당연하다고 생각한다. 두번째 이유는 파라 필름으로 연결부분의 틈을 완전히 막지 못해 정확한 기체의 발생량이 측정되지 못했을 수 있기 때문이라고 생각한다. 마지막으로는 이번 실험에서 중요한 주의사항인 시험관에 있는 염소산칼륨과 이산화망간을 잘 섞어주는 과정을 제대로 실시하지 못한 것이 오차를 발생시킨 데에 영향을 미쳤을 것으로 예상한다.●사용기호압력부피기체의 물질의 양기체 상수절대 온도△: 가열: 가열하기 전 시료를 넣은 시험관의 무게: 가열 후 실온으로 냉각된 시험관의 무게: 대기압: 온도 T에서의 물의 증기압●참고문헌각주 참고

공학/기술| 2023.04.27| 9페이지| 2,500원| 조회(275)

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영화 아바타 감상문

영화 ‘아바타’ 감상문영화 ‘아바타’는 지구의 자원 부족 문제를 해결하기 위해 판도라 행성에 존재하는 ‘언옵타늄’을 찾아 떠난 인류가 판도라의 원주민 ‘나비족’과 대립하게 되는 이야기를 담고 있다.나는 영화 ‘아바타’를 2009년 개봉 당시 본 기억이 있는데, 그때는 나이가 어려서 잘 이해가 되지 않던 부분들이 많았다. 하지만, 최근에 다시 봤을 때는 ‘아, 이런 내용이었구나.’ 하면서 정말 감회가 새로웠다. 일단, 10년이 지난 후에 봐도 역대 전 세계 박스 오피스 1위답게 영화 자체의 퀄리티와 독보적인 영상미는 절대 무시할 수가 없었다. 그리고 대사 하나하나 장면 하나하나가 정말 인상 깊었다. 그중에서도 가장 기억에 남는 명대사는 “I see you.”이다. 제이크 설리와 네이티리가 서로 주고받은 대사이다. 영화를 다 보고 나서 이 대사에 대한 여운이 남아 어떤 의미로 쓰인 상황인지 따로 찾아보았는데 “I see you.”는 단순히 “당신을 본다.”가 아니라 “당신의 영혼을 본다.”, “당신의 내면을 본다.”, “당신을 느낀다.”, “당신을 이해한다.” 등 정말 다양한 의미를 지니고 있다고 한다. 이 다양한 의미가 제이크 설리와 네이티리의 관계를 더 돈독하게 보여주는 것 같아 정말 가치가 있는 대사라고 느꼈다. 그리고 가장 기억에 남는 명장면은 마지막에 ‘제이크 설리가 인간의 편에 서지 않고 나비족의 편에 서서 판도라를 지키기 위해 인간에 맞서 싸우는 장면’이다. 나비족에게 판도라는 자신들의 삶의 터전이자 전부인 공간인데 그것을 인간들이 자원으로서만 바라보고 착취하려는 태도가 정말 이기적이게 보였다. 제이크 설리는 그것을 나비족과 생활하면서 깨닫고 인간이 아닌 나비족의 편을 듦으로써 인간의 태도를 다시 한번 돌아보게끔 해주었다. 만약 한국이 자원 부족 문제 상황에 처하게 된다면, 나는 영화 ‘아바타’의 인간들처럼 누군가의 삶의 터전을 파괴하면서까지 자원을 구하려고 하지는 않을 것이다. 자원은 인간이 살아가는 데 꼭 필요한 존재이기 때문에 막상 그런 상황이 닥친다면 어떤 수단과 방법을 가리지 않고 무엇이든 하겠지만 그럼에도 불구하고 내가 할 수 있는 선에서 자연에 피해가 가지 않는 방법을 찾아 그것을 실천하도록 노력할 것이다.

독후감/창작| 2022.07.14| 1페이지| 1,000원| 조회(147)

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