결과 레포트 : 단증류Ⅱ. 실험 제목과 목표이번 실험은 단증류이다. 이 실험의 목표는 이성분계 혼합물의 단증류 실험을 통해 원리를 이해하고 유출액과 잔류액을 얻고 이를 측정하여 실제 실험값과 Rayleigh 식을 이용한 이론값을 비교해 보는 것이다. 또한 충분한 실습을 통해 앞으로 이어질 실험들에서의 증류 조작을 능숙하게 하는 능력을 키운다.Ⅲ. 기구 및 시약냉각기, 둥근 플라스크, 클램프, 에탄올, 증류수, 비등석, 온도계, Adapter, 스포이트, 삼각 플라스크, 비중병, 단증류 실험장치Ⅳ. 실험 방법1) 빈 초자들의 무게를 잰다.2) Glass Bead(비등석)를 둥근 플라스크에 넣어주고 무게를 잰다.3) 빈 비중병에 지급된 증류수를 채워 준다.4) 증류수가 채워진 비중병의 무게를 잰다.5) 빈 비중병에 지급된 알코올을 채워준 뒤, 무게를 잰다.6) 40% 알코올 수용액 200ml를 제조한 다음, 비중병에 넣어준다.7) 40% 수용액이 들어있는 비중병의 무게를 잰다.8) 제조한 수용액 중 150ml를 비등석이 있는 둥근 플라스크에 넣어준 뒤 무게를 잰다.9) 단증류 실험장치를 조립한 후, 둥근 플라스크를 가열한다. (둥근 플라스크 연결부분과 삼각 플라스크 연결부분 테이프로 잘 막아주기!!)10) 유출액과 잔류액의 양을 측정한다.11) 비중병을 이용하여 유출액과 잔류액의 양으로 밀도를 계산한다.12) 남은 용액을 폐액통에 버린다.13) 사용한 초자들을 세척한다.Ⅴ. 실험 시 유의사항1. 에탄올은 인화성이 있으므로 가열 시에 주의한다.2. 용액의 손실이 일어나지 않도록 연결 부위를 잘 막아준다.3. 비중병에 담는 과정에서 손실이 일어나지 않도록 주의한다.4. 유리 기구가 깨지지 않도록 주의한다.5. 에탄올은 인화성이 있으며, 눈에 심한 자극을 일으킬 수 있기에 각별한 주의를 기울여 실험을 진행해야 한다.Ⅵ. 실험결과빈 비중병의 무게 (g)증류수 + 비중병 (g)25.815.5지급알콜 + 비중병 (g)23.8측정값수용액잔류액유출액손실비중병 + 제조한 용액무게(g)25.125.524.3-빈 플라스크 무게(g)98.5115.7-플라스크 + 용액무게(g)236.6190.4160.5-밀도(g/cm ^{3})0.932030.970870.85436-양(g)138.191.944.81.4X _{dav} 조성(wt%)39.7316.8173.75-에탄올양(g)54.8615.4433.046.38얻어진 값들을 이용해 잔류액의 이론값W _{2}을 구하고 이를 이용해 유출액의 조성X _{dav}을 구한 뒤 실험값과 비교하여 본다.잔류액의 이론값W _{2}과 유출액의 조성X _{dav}을 구하기 전에 표의 빈칸들인 밀도, 양, 조성, 에탄올의 양을 계산한다. 실험실의 온도가 25℃라고 가정하여 계산한다.1. 밀도(g/cm3)용액의 밀도와 비중병의 부피를 구하는 공식은 다음과 같다.밀도(g/cm ^{3}) = {(비중병+제조한 용액의 무게)-(빈 비중병의 무게)}/비중병의 부피비중병의 부피 = {(증류수+비중병의 무게)-(비중병의 무게)}/25℃의 물의 밀도물의 밀도 = 0/99707g/cm ^{3}를 이용하여 비중병의 부피를 계산한다.비중병의 부피 ={(25.8-15.5)g} over {0.99707`g/cm ^{3}} =10.3cm ^{3}1) 수용액밀도 ={(25.1-15.5)g} over {10.3cm ^{3}} `=`0.93203g/cm ^{3}2) 잔류액밀도 ={(25.5-15.5)g} over {10.3cm ^{3}} `=`0.97087g/cm ^{3}3) 유출액밀도 ={(24.3-15.5)g} over {10.3cm ^{3}} `=`0.85436g/cm ^{3}2. 양(g)양을 구하는 공식은 다음과 같다.양(g) = (플라스크+용액 무게) - (빈 플라스크 무게)1) 수용액양 = 236.6-98.5 = 138.1g2) 잔류액양 = 190.4-98.5 = 91.9g3) 유출액양 = 160.5-115.7 = 44.8g3. 조성(wt%)조성을 구하기 위해서는 용액의 밀도값 근처에서의 농도와 밀도를 알아야 한다.조성을 구하는 공식은 다음과 같다.조성 = {(밀도값 근처에서의 높은농도 ? 낮은농도)/(높은농도 밀도 ? 낮은농도 밀도)}*(용액의 밀도 ? 낮은농도밀도) + 낮은농도1) 수용액의 조성수용액의 밀도는 0.93203g/cm ^{3}이다. 밀도값 근처에서의 높은농도와 그 밀도는 각각 40%, 0.93148g/cm ^{3}이고 낮은농도와 그 밀도는 각각 39%, 0.93353g/cm ^{3}이다.조성을 구하는 식에 각각을 대입하여 계산하면 다음과 같다.조성 ={(40-39)%} over {(0.93148-0.93353)cm ^{ 3} } (0.93203-0.93353)cm ^{ 3} +39% = 39.73(wt%)2) 잔류액의 조성잔류액의 밀도는 0.97087g/cm ^{3}이다. 밀도값 근처에서의 높은농도와 그 밀도는 각각 17%, 0.97062g/cm ^{3}이고 낮은농도와 그 밀도는 각각 16%, 0.97199g/cm ^{3}이다.조성을 구하는 식에 각각을 대입하여 계산하면 다음과 같다.조성 ={(17-16)%} over {(0.97062-0.97199)cm ^{3}} (0.97087-0.97199)cm ^{3} +16% = 16.81(wt%)3) 유출액의 조성유출액의 밀도는 0.85436g/cm ^{3}이다. 밀도값 근처에서의 높은농도와 그 밀도는 각각 74%, 0.85376g/cm ^{3}이고 낮은농도와 그 밀도는 각각 73%, 0.85618g/cm ^{3}이다.조성을 구하는 식에 각각을 대입하여 계산하면 다음과 같다.조성 ={(74-73)%} over {(0.85376-0.85618)cm ^{3}} (0.85436-0.85618)cm ^{3} +73% = 73.75(wt%)4. 에탄올의 양(g)에탄올의 양은 조성을 이용하여 구할 수 있고 그 식은 다음과 같다.에탄올의 양 = 양 * 조성1) 수용액수용액의 양은 138.1g이고 조성은 39.73이다.따라서 에탄올의 양은 138.1*(39.73*10^-2) = 54.86g이다.2) 잔류액잔류액의 양은 91.9g이고 조성은 16.81이다.따라서 에탄올의 양은 91.9*(16.81*10^-2) = 15.44g이다.3) 유출액유출액의 양은 44.8g이고 조성은 73.75이다.따라서 에탄올의 양은 44.8*(73.75*10^-2) = 33.04g이다.5. 잔류액의 이론값W _{2}위에서 구한 값들과 레일리식을 이용하여 잔류액의 양 이론값W _{2}를 계산한다.식 :ln`W _{2} =lnW _{1} -l _{1} +l _{2}(W _{1} : 수용액의 양,l _{1} : S자곡선에서 수용액 조성과 곡선이 만나는 점 I값,l _{2} : S자곡선에서 잔류액 조성과 곡선이 만나는 점 I값)W _{1} : 138.1g,l _{1} : 0.48,l _{2} : -0.16ln`W _{2} =ln138.1-0.48-0.16`=`4.28THEREFOREW _{2} =e ^{4.28} =72.2g잔류액의 양 측정값은 91.9으로 19.7g의 오차가 발생했다.6. 유출액의 조성X _{dav}위에서 구한 값들과 레일리식, 잔류액의 양 이론값W _{2}를 이용해 유출액의 조성X _{dav}을 계산한다.식 :x _{Dav} =(W _{1} x _{1} -W _{2} x _{2} )/(W _{1} -W _{2} )(W _{1} : 수용액의 양,W _{2} : 잔류액의 양 이론값,x_{ 1} : 수용액의 조성,x_{ 2} : 잔류액의 조성)W _{1} : 138.1g,W _{2} : 72.2g,x_{ 1} : 39.73(wt%),x_{ 2} : 16.81gX _{dav} ={138.1*39.73-72.2*16.81} over {138.1-72.2} =64.84유출액의 조성 측정값은 73.75(wt%)으로 8.91(wt%)의 오차가 발생했다.Ⅶ. 고찰이번 실험은 단증류로 실험을 통해 유출액과 잔류액을 얻고 이를 측정하여 실제 실험값과 Rayleigh 식을 이용한 이론값을 비교해보는 것이었다. 초자들의 무게와 시료의 무게를 실험 전후로 측정하고 가열한 후 수용액, 잔류액, 유출액에서의 여러 값들을 계산한다. 실험에서 측정한 값과 식을 이용하여 계산한 결과값들 중 양과 에탄올 양을 보면 수용액의 양은 138.1(g), 에탄올 양은 54.86(g)이다. 또 잔류액의 양은 91.9(g), 에탄올 양은 15.44(g)이며 유출액의 양은 44.8(g), 에탄올 양은 33.04(g) 이다. 각 용액들의 양과 에탄올의 양의 손실을 계산해보면 양에서의 손실은 1.4g이, 에탄올의 양에서의 손실은 6.38g이 있다.계산한 유출액의 조성 73.75(wt%)이 수용액의 조성 39.73(wt%)보다 크기 때문에 실험이 실패하지 않은 것이라고 볼 수 있다. 잔류액의 이론값을 이용하여 구한 유출액의 조성X _{dav}은 64.84(wt%)이며 이는 실험값 73.75(wt%)와 8.91만큼의 오차가 발생했다는 것을 알 수 있다. 또한 잔류액의 이론값은 72.2g으로 측정값인 91.9g과 19.7만큼의 오차가 발생했다는 것을 알 수 있다. 실험과정을 되돌아보며 손실, 측정값와 이론값에서의 오차의 원인을 고민해보았다.
