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이온화 정수의 결정 실험 예비레포트

화공생명기초실험-예비레포트-실험 8 이온화 상수의 결정1. 실험 목적강산 및 약산의 적정곡선을 고찰하고 약산의 이온화 상수를 결정한다.2. 이론1.이온화 정수1)이온화 정수전해질이 용액 속에서 어느정도 이온화되어있는가의 척도가 되는 평형상수. K로 나타내며 전해질이 수용액 중에서 이온화되었을 때 그 반응이AB`` ``A ^{+} +B ^{-} 라고 하면K= {[A ^{+} ][B ^{-} ]} over {[AB]}을 이온화 정수라고 한다. 이 값이 작을수록 이온화가 잘 일어나지 않는 것이므로 약전해질임을 알 수 있다.2) 산의 이온화 상수(Ka)산의 세기를 나타내는 척도로 온도에 의해서만 변한다.HA~+~H_{2}O~?~A^-~{+}~H_{3}O^{+}산의 수용액 중에서 물의 농도는 실질적으로 일정하기에K_{a}~=~K_{a}′[H_{2}{O}]~=~{[H_{3}O^{+}][A^{-}]} OVER {[HA]}로 표현할 수 있다.3) 물의 이온곱 상수(Kw)너무 작으므로 기본적으로 수용액에서 물의 자동이온화는 무시하고 온도에 의해서만 변한다H _{2} O~?~H ^{+} `+~OH ^{-} ````Kw=[H ^{+} ][OH ^{-} ]#(25 C?에서 약 이다)4) 약산의 이온화 상수Ka값이 작은 약산의 경우 이들 이온의 농도는 해리되지 않고 분자상태로 남아있는 HA농도에 비하여 매우 작기에 용액 중에서 존재하는 HA의 농도는 산의 원래 농도로 대치할 수 있다.K_{a}~=~{[A^{-}]^{2}} OVER {[HA]}~=~{[H_{3}O^{+}]^{2}} OVER [HA]}약산의 수소이온농도는 으로 표시할 수 있다.이온화도 α가 작아지면 Ka값도 달라질 것 같으나 몰농도인 C가 커지면 α값이 작아지게 되어서 두 값의 곱인 Ka 값은 일정하고 온도에 의해서만 변한다.2. 당량점과 종말점1)당량점(equivalence point)중화반응을 포함한 모든 적정에서 적정당하는 물질과 적정하는 물질 사이에 양적인 관계를 이론적으로 계산해서 구한 점으로 이론값이다.2)리하여 수소 이온(H+)과 수산화 이온(OH-)이 공존하며, H+농도와 OH-농도가 동일하면 중성이고, H+가 많으면 산성, OH- 쪽이 많으면 알칼리성으로 된다. 그래서 양이온 농도를 몰수로 나타내면 25℃에서 [H+]×[OH-]=10^14의 관계식이 성립한다. 따라서 [H+]의 값이 정해지면 [OH-]의 값은 자동적으로 정해지며, 액성의 판정이나 산성, 알칼리성의 강도는 [H+]의 값만 알면 된다. 그래서 수소 이온 농도를 나타내기 위하여 수소 이온 농도의 역수의 상용 대수, 즉 수소 이온 지수를 표시하며 pH의 기호를 사용한다. 즉,25℃에서, Kw= [H3O+] [OH-] = 1.0 × 10-14 이므로 양변에 -log를 취하면-log[H+] - log[OH-] = -log(1.0 × 10-14 )∴ 모든 수용액에서 pH + pOH = 14① 강산과 강염기 수용액의 pH (강한 산일 때 물의 자동이온화에 의한 영향은 무시가능)- 강산 : pH = - log [H+]- 강염기 : pOH = -log [OH-]② 약산과 약염기 수용액의 pH- 약산 : pH = - log [H+]·α- 약염기 : pOH = -log [OH-]·α4. 완충용액산이나 염기를 가했을 때, pH변화를 거의 받지 않고 수소이온 농도를 일정하게 유지하는 용액으로 일반적으로 약한 산과 그 짝염기의 혼합용액이나 약한 염기와 그 짝산의 혼합용액을 주로 사용한다.약산HA~~?~H ^{+} +`A ^{-~} ``K _{a} = {[H ^{+} ][A ^{-} ]} over {[HA]} = {[H ^{+} ][C _{s} ^{-} ]} over {[C _{a} ]}염MA~~?~M ^{+} +`A ^{-~} ``[H ^{+} ]=K _{a} *C _{a} /C _{s} ``````````pH=-log[H ^{+} ]=pK _{a} +log[C _{s} /C _{a} ]Ca=Cs 약산과 짝염기 양이 동일할 때 완충작용이 가장 잘된다.5. 반당량점어떤 용액에 산성이나 염기성 용액을 첨가하였을 때 pH 다양한 지시약을 사용할 수 있다. 중화점에서 PH는 7이다.(2) 강산-약염기 적정강한 산을 약한 염기로 적정하는 경우 약염기의 짝산이 반응 후에도 물의 OH-을 빼앗으려 하기 때문에 중화점에서 pH가 7보다 작다. 따라서 지시약의 변색 범위가 5~8 산성 쪽에 있는 메틸오렌지가 사용된다.(3) 약산-강염기 적정약한 산을 강한 염기로 적정하는 경우 약한 산의 짝염기가 반응 후에도 물의 H+을 빼앗아 원래대로 되돌아가려고 하기 때문에 중화점에서 pH가 7보다 크다. 따라서 이때는 변색범위가 8~10 염기성 쪽에 있는 페놀프탈레인으로 적정한다.약산(HA) + 강염기(MOH) 적정rarrow 염(MA) 생성(a)평형관계K_{a}=[H ^{+} ][A ^{-} ]/[HA] (1)K_{w}=[{H ^{ +}][OH ^{ -}] (2)(b)전기적 중성[H^{+}] + [M^{+}] = [H^{+}] + C_s = [A^{-}] + [OH^{-}] (3)(Cs : 총 염의 농도)(c)물질수지[HA] + [A^{-}] = Ca (4)(Ca : 총 약산의 농도)위의 4개의 식에서[HA],[A^{+}],[OH^{-}]를 소거하면[H ^{+} ]+C _{s=} {C _{a} +C _{s}} over {1+[H ^{+} ]/K _{a}} + {K _{w}} over {[H ^{+}]} (5)[H^{+}]와{ K_{w}} over {[H^{+}] } < C_s이면 식 (5)는K_{a}= { [H^{+}]C_s} over {C_a } (8)식 (8)은C _{a} image C _{a} ,``10 ^{-4} >K _{a} >10 ^{-8}이라면 사용할 수 있다.식 (8)이 적용되면C _{a} = C _{a}일 때K_{a}=[H^{+}]로 된다. 이 조건은 약산의 적정에서 반당량점에서 성립한다. 이런 조건이 성립되지 않을 때는 식 (5)의 근사식으로 다음 식을 사용할 수 있다.K _{a} = {[H ^{+} ](C _{s} +[H ^{+} ])} over {(C _{a} -[H ^{+} 피검액에 담근 수소 전극과 calomel 전극 또는 은-염화은 전극과의 사이의 기전력을 측정하는 것이지만 수소 전극은 취급이 번거롭기 때문에 일반적으로는 지시 전극으로 유리전극을 쓴다. pH 측정용 유리전극은 수소 이온에 선택성이 있는 유리 막으로 되어 있고 막의 내측과 외측 피검액측과의 사이에 막전위가 생긴다. 유리 전극의 내측에는 표준용액(Cl－을 함유한 인산염 완충액)이 들어 있다. 이 유리 전극과 외부참조 전극(별도의 칼로멜 전극 또는 은-염화은 전극)을 피검액에 담가 양 전극간의 기전력(전위차)으로부터 pH가 구해진다. pH미터 전극의 끝부분은 다공성 재질로 된 유리인데, 이게 마르게 되면 표면이 공기에 노출되면서 망가지고, 전극자체의 수명이 짧아진다. 이 부분을 증류수에 보관하면 전극 내부의 이온이 빠져나가면서 전극의 반응속도가 떨어지기 때문에 보존용액, 용액이 없으면 pH 7.00 표준용액에 KCl을 포화시켜서 만든 임시 용액으로 보관을 해야 한다.8. 산-염기정의(1) 아레니우스의 산-염기 정의.?산(acid) : 수용액에서 이온화하여H ^{+} 을 내는 물질.?염기(base) : 수용액에서 이온화하여OH ^{-}을 내는 물질.ex)HCl +H _{2} O ?→ ?H ^{+}?+ ?Cl ^{-}수용액에서H ^{+} 나OH ^{-}를 내놓지 못해도 산, 염기의 성질을 갖는 물질이 많고 수용액에서만 설명할 수 있는 한계가 있다.(2) 브뢴스테드-로우리의 산-염기 이론.?산(acid) : 다른 물질에 양성자(H ^{+})를 줄 수 있는 분자나 이온. proton donor?염기(base) : 다른 물질로 부터?양성자(H ^{+})를 받을?수 있는 분자나 이온. proton acceptorex)HCl +H _{2} O ?→ ?H _{3}O ^{ +}?+ ?Cl ^{-}산:HCl,H _{3}O ^{ +}(H ^{+}를H _{2} O,Cl ^{-}에게 줌)염기:H _{2} O,Cl ^{-}(H ^{+}를HCl,H _{3}O ^{ +}에게 받음)?짝산과 짝_{ 3}가 염기로 작용한다. 이처럼 한 물질이 산으로 작용하기도 하고, 염기로 작용하기도 하는 것을 ‘양쪽성 물질‘이라고 한다.(3) 루이스(Lewis)의 산-염기 정의.?산(acid) : 다른 물질의 비공유 전자쌍을 받는 물질을 산이라 한다.?염기(base) : 다른 물질에게 비공유 전자쌍을 주는 물질을 염기라 한다.루이스 정의에서 산은H ^{+}를 내놓는 물질뿐만 아니라 금속 이온과 최외각에 전자쌍을 받을 수 있는 다른 이온이나 분자까지 확장된다. 염기는H ^{+}를 받을 수 있는 물질 뿐 아니라 다른 이온이나 분자에게 전자쌍을 줄 수 있는 비공유 전자쌍을 가진 물질까지 확장된다. 따라서 루이스의 정의가 가장 넓은 정의라고 할 수 있다다음과 같은 반응에서 삼플루오르화붕소(BF _{ 3})은NH _{ 3}의 전자쌍을 수용하여 배위 화합물을 생성하므로 전형적인 루이스산이다. 암모니아는 전자쌍을 제공하는 루이스 염기로 작용한다.ex)NH _{ 3}: +BF _{ 3} →NH _{ 3}:BF _{ 3}9. 시약-0.1N NaOH 표준용액분자량 40 비중 2.13 조해성을 가지며 강염기로서 다른 물질을 잘 부식시킨다. 알코올이나 글리세롤에는 잘 녹지만 에테르나 아세톤에는 녹지 않고 강하게 가열해도 산화물과 물로 분해하지 않지만 쉽게 융해하여 금 등을 침식하므로 은 니켈등의 용기를 써서 취급해야한다.-0.1N HCl 용액분자량 36.5 비중 1.194 물, 알코올, 에테르에 잘 녹으며 무색이고 독성이 강한 일염기산이다. 염화수소가 물에 포화 상태로 용해되어 있을 때의 진한 염산의 농도는 약 36%이고 휘발성 산이라서 주의해서 취급해야 한다.-0.1N acetic acid 용액분자량 60.05 비중 1.0491 금속과 접촉시 수소가 발생하며 연소성을 가지고 있다. 자극적인 냄새가 나는 무색투명한 액체로 빙초산이라고 부르기도 한다. Ka=1.76*10^-5이다.-0.05M H3PO4 용액분자량은 97.994 비중은 1.885로 공기중에 습기를 흡수하는 조해성이 있으며 4

공학/기술| 2021.05.04| 10페이지| 2,000원| 조회(226)

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뉴턴액체의 점도측정 예비레포트

화공생명기초실험-예비레포트-1.실험목적액체의 점도를 Ostwald 점도계를 사용하여 측정하는 방법을 이해하고, Hagen-Poiseuille식을 점도측정에 응용한다. Ethylalcoh 수용액의점도를 측정하여 농도-점도 곡선을 작성한다.2.실험이론1)유체(fluid) : 고체에 비해 변형하기 쉽고 어떤 형상도 될 수 있으며, 자유로이 흐르는 특성을 지니는 물질.2)유체의 분류①압축성에 따른 분류 :-압축성 유체(compressible fluids) : 유체에 압력을 주거나 유체가 초음속이 되는 경우 체적이 감소하거나 밀도변화가 일어나는 유체.-비압축성 유체(incompressible fluids) : 일반적으로 물이나 기름처럼 압력이나 유속의 변화에 따라 체적이 변하지 않는(즉 밀도의 변화를 무시할 수 있는(ρ=constant)) 유체.②점성에 따른 분류-뉴턴 유체(Newtonian fluid) : 뉴턴의 점성 법칙을 따르는 유체. 점성유체(viscous fluids)라고도 함.-비뉴턴 유체 : 뉴턴의 점성 법칙을 따르지 않는 유체. 비점성 유체(inviscid fluids)라고도 함.3)점도(viscosity) : 유체가 관내를 흐를 때 관벽에 접해있는 부분은 이동하지 않고 관 중앙부가 가장 빠르게 이동하는데, 이는 점도 때문이다. 점도란 유체의 흐름에서 이동의 어려움의 크기를 나타내는 양으로, 끈적거림의 정도를 나타내는 척도이다. 유체가 유동하고 있을 때, 인접하는 유체층간에 작용하는 단위 넓이당의 전단력은 그 위치의 속도 구배에 비례하며, 이 비례 정수를 점도라고 한다. 즉 유체가 흐를 때 반대방향으로 생성되는 내부적인 마찰이나 저항을 의미한다.4)점도의 관련인자①단량체 구조(고분자) : 고분자는 말 그대로 분자량이 높기 때문에 내부 마찰이 더 빈번하게 일어나 점도가 크다. 고분자는 분자간 힘(intermolecular forces)을 통하여 저분자를 더욱 느리게 하고. 높은 분자량을 가지면 가질수록 그 고분자는 더 큰 수력학적 부피를 가지는데 그 수력학 점도의 단위는 절대점도와 동점도(운동점도)로 표시된다. 그중 절대점도는 흐름과 전단에 의한 저항(내부마찰)로 cP(centi Poise : 센티 포아즈, mPa*s) 등으로 표기되며, 실생활에서는 잘 사용되지 않는다.동점도(kinematic viscosity)는 점도를 그 유체의 밀도(density)로 나눈 값 (kinematic viscosity = dynamic viscosity/density)이다. 동점도는 얼마나 유동성이 좋은가 즉 잘 흐를 수 있는 정도를 나타내는 상대적 지표가 되고 동점도가 작을수록 잘 흐르게 된다. 실생활 에서는 대부분 동점도를 사용하는데, 이는 흐름과 전단에 대한 오일의 중력저항이다.① CGS 단위계 P(Poise;dyn.s=g/(cm) : 유체내에 1 cm에 대해 1 cm/s의 속도 구배가 있을 때, 그 속도 구배의 방향으로 수직인 면에 있어 속도의 방향으로 1cm ^{2}에 대해 1 dyn의 힘 크기의 응력이 발생하는 점도이다. 실제 사용하는 유체를 표현하기는 크기때문에 100분의 1로 줄여 cPs(centi) 로 널리 사용한다.② SI 단위계 Pa.s(N.s/m=kg/m.s) : 유체내에 1m에 대해 1m/s의 속도 구배가 있을 때, 그 속도 구배의 방향으로 수직인 면에 있어 속도의 방향으로 1Pa의 응력이 발생하는 점도라고 정의한다.*단위변환 (1 cPs= 0.01 P = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s)6)속도장 (유체의 부착현상)유체가 고체 벽을 지나서 흐를 때는 고체와 유체사이의 실제 계면에서 유체가 고체에 들러붙는다. 이러한 부착현상은 경계에서의 역장(force field)에 의해 생긴다. 고체-유체계로 선택한 기준틀에서 벽이 정지 상태에 있다면 계면에서의 유속은 0이다. 고체로부터 떨어진 곳에서는 흐름 중의 각 점마다 유속이 달라진다. 임의의 점에서 유속은 그 점의 공간좌표의 함수이며 유체가 차지하는 공간에는 속도장이 존재하게 된다. 기준틀의 중앙지점에서 유체의 속도는 최고값을 가지고 그때의 속도 변화량은 곡선의 기울기(dv/dy)를 속도 구배라고 한다.y=경계면에서의 거리 x= 유체의 속도7)전단(shear) , 전단율(shear rate) : 물체의 어떤 단면에 평행으로 서로 반대방향인 한 쌍의 힘을 작용시키면 물체가 그 면을 따라 미끄러져서 절단되는 것을 전단 또는 층밀리기라고 한다. 이때 받는 작용을 전단작용이라 하고, 이와 같은 작용이 미치는 힘을 전단력이라고 한다. 전단력에 의해서 물체 내부의 단면에 생기는 내력을 전단응력이라고 하며, 이것의 비율을 전단율이라 한다.8) 전단응력(shear stress) : 물체의 어떤 면에서 어긋남(shear)이 일어날 때 그 면에 평행인 방향으로 작용하여 원형을 지키려는 힘이다. 고체에 전단응력이 작용할 경우 고체에 작용된 전단력과 변형으로 인해 발생한 반대방향의 힘이 균형을 이루는 평형상태가 될 때까지 변형한다. 유체에 전단응력이 작용할 경우 유체는 흐르며, 응력이 작용하는 한 지속적으로 흐르게 된다. 응력이 제거되면 에너지의 내부소실로 인해 흐름이 감소하고 점성이 클수록 (유체의 농도가 진할수록) 전단응력에 대한 저항이 증가하며 흐름은 급속히 감소한다. 모든 유체는 점성이 있다. 유체가 유동할 때에 경우에 따라서 유속이 다른 층을 이루며 층류유동(laminar flow)을 하게 된다. 그리하여 유체의 층과 층 사이에는 서로 다른 유속이 형성된다. 유동하고 있는 유체의 층 사이에는 마찰력이나 전단력(frictional or shearing force)이 존재한다. 이 전단력에 의하여 단위면적에 발생하는 응력을 전단응력이라 하여 τ로 표기하고, 뉴턴액체는 이 전단응력을 상대적 변형(relative strain), 즉{du} over {dy}에 비례한다 생각하여 다음과 같이 가정한다. 여기서 비례상수를 도입하여tau _{nu } = mu {du} over {dy}tau _{nu } : 전단응력 [N/m ^{2} =Pa],mu : 점성계수 [kg/m BULLET s=Pa BULLET s]로 표기하고, 비례상수 μ를 그on's law of viscosity)이라 한다.9) 뉴턴 액체(newtonian fluid) :전단속도의 크기에 관계없이 일정한 점도를 나타내는 유체를 뉴턴(Newton)유체라고 하며, 전단응력과 전단속도의 관계는 원점을 지나는 직선이 된다. 물, 알코올 등의 저분자 액체, 액상유지, 이들의 혼합액체, 저분자 물질의 용액 등 비교적 단순한 조성의 액체가 뉴턴유체의 거동을 나타낸다. 한편, 고분자 용액, 콜로이드 분산계에서는 입자 사이의 상호작용에 의해 형성되어 있던 3차원구조가 흐름에 의해 파괴되어 변하므로 전단응력과 전단속도 사이에 비례관계가 성립하지 않게 된다. 파이프 속을 통과하는 유동에 대해 유체 내에 발생하는 전단응력은 파이프 내벽에 수직한 방향으로 유속의 변화율과 점성의 곱으로 정의된다. 따라서 점성이 일정할 경우, 전단응력의 크기는 유속의 변화율에 비례하여 증가한다.10) 비뉴턴 액체 : 뉴턴 액체와 달리 전단율에 따라 점도가 변하는 유체. 의가소성유체(pseudoplastics)는 전단이 작을 때보다 커질 때 점도가 작으며, 전단율 희석성, 딜레이턴트유체(dilatant fluid)는 전단이 작을 때보다 커질 때 점도가 크며 전단율 농축성이라 한다. 빙함유체는 전단응력이 문지방값(역치, Threshold)tau _{0}를 넘어야 비로소 흐르기 시작하며, 그 이상에서는 거의 선형적인 점도 값을 보인다.10) Hagen-Poiseuille 식 : 가늘고 둥근 관에 흐르는 유체의 양은 관 양끝의 압력차와 관의 반지름의 네제곱에 비례하고 관의 길이와 유체의 점성에는 반비례한다는 법칙인 Hagen-Poiseuille 법칙으로부터 나온 식TRIANGLE P= {8 mu LQ} over {pi r ^{4}} 또는TRIANGLE P= {128 mu LQ} over {pi d ^{4}}TRIANGLE P : 압력 강하 ,L : 관의 길이,mu : 동점도,Q : 부피 유속,r : 반경,d : 직경11)가성성: 화합물이나 혼합물의 일정한 성질을 나타내는 값이 그만들어진 점도계로 세관압 차이를 이용하여 액체의 점도를 측정하는 도구이다.이 점도계에서는 직접 점도의 절대치를 측정하고 간접적으로 점도를 구한다. 측정 방법은 일정의 액체를 넣고 a접속 한 고무관에 의해 액체를 A선 이상에 빨아들인다. 다음에 a 단의 고무관을 대기에 개방하고 액면이 A-B 선간을 유하함에 요하는 시간을 측정한다. 표준 액체점도를mu _{0}, 밀도를rho _{0}, 유하에 필요한 시간을 t0라고 하고 재려고 하는 액체 그것들을 μ,ρ,t라 하면 다음 식이 성립된다.{mu } over {mu _{0}} = {rho t} over {rho _{0} t _{0}} Ostwald법은 점성이 아주 크거나 꽤 큰 액체들의 점도를 측정하는 데에는 적합하지 못하다. 점도는 온도가 낮을수록, 혼합이 많이 될수록 높아지는데, 기체나 분자량이 큰 Polymer의 경우에는 이 법칙이 성립하지 않는다. Polymer의 점도는 분자구조와 상관없이 분자량에 따라 결정되므로, 이를 이용하여 고분자 물질의 분자모형과 분자량 측정에 사용할 수 있다.2) 실험시약물, 아세톤, 클로로포름, 아세톤+클로로포름 (1:1), 물+에탄올에탄올 (wt%)10080605040200물02040506080100-->혼합물의 질량비를 다르게 하여 가성성을 고찰해본다.a)시료의 물성1)물 :밀도: 999.97 kg/m³끓는점: 100 °C화학식: H2O몰 질량: 18.01528 g/mol녹는점: 0 °C(온도에 따른 물의 점도)점성(25 °C)[cP=mPa·s] 0.8932)아세톤밀도: 791.00 kg/m³화학식: C3H6O끓는점: 56 °C몰 질량: 58.08 g/mol녹는점: -95 °C분류: 케톤점성(25 °C)[Pa·s] 3.06×10-4 [cP=mPa·s] 0.3063)에탄올밀도: 789.00 kg/m³화학식: C2H6O끓는점: 78.37 °C몰 질량: 46.06844 g/mol증기압: 5.95 kPa녹는점: -114 °C분류: 알코올점성(25 °C)[Pa·s] 1.074×10-3 [

공학/기술| 2021.05.04| 11페이지| 2,000원| 조회(394)

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화공생명기초실험실험 5 예비 report[표면장력 측정]실험목적: 액체의 표면장력측정을 통하여 표면장력의 본성과 표면장력 측정 원리를 고찰한다.실험 이론① 표면장력그림과 같이, 액체의 내부에 존재하는 분자들은 주위의 분자들로부터 같은 방향으로 힘을 받는 반면, 표면에 위치한 분자들은 액체의 바깥쪽으로부터 작용하는 힘이 없으므로 액체의 내부방향으로 힘을 받게 된다. 즉, 표면의 분자들은 내부의 분자에 비해 큰 자유에너지를 가지게 되어, 액체는 될 수 있는 대로 적은 표면적을 가지려는 경향을 보인다.이 때, 단위면적당 표면자유에너지를 표면장력이라 할 수 있고, 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.(F= 자유에너지, A= 표면적, T= 온도, V= 부피)표면장력은 단순히 액체의 자유표면뿐만 아니라 섞이지 않는 액체의 경계면, 고체와 기체, 고체와 고체의 접촉면 등 표면의 변화에 대한 에너지가 존재할 때 보편적으로 생기는 현상으로, 계면장력(界面張力)이라고도 한다. 비눗방울이나 기포 물방울 등이 둥근 모양이 되는 것, 소금쟁이가 물에 뜰 수 있는 것, 용기의 가장자리에 액체가 넘쳐 올라간 모양이 되어 쏟아지지 않는 것도 표면장력 때문이다.표면장력의 크기는 액면 위에 임의의 단위길이의 선 양쪽에서 작용하는 장력으로서 dyne/cm로 나타낸다. dyne은 힘의 단위로 질량 1g의 물체에 작용하여 1cm/s2의 가속도가 생기게 하는 힘이다. (1dyne = 10-5N)물질물수은에탄올벤젠아세톤표면장력(N/m)42.75476.0022.5528.9023.30② 응집력, 부착력, 접촉각1) 응집력: 서로 같은 물질 사이에 끌어당기는 힘.2) 부착력: 서로 다른 물질 사이에 끌어당기는 힘.3) 접촉각: 아래 그림과 같은 관계가 있을 때 고체, 액체, 기체 세 가지 상(相)의 접촉점 P에서의 절선과 고체면이 이루는 각 중, 액체를 포함한 쪽의 각을 그 액의 고체에 대한 접촉각(그림에서 θ)이라고 한다.③ 표면장력 측정법1) 모세관 현상: 액체 속에 폭이 좁고 긴 관을 넣었을 때, 관 내부의 액체 표면이 외부의 표면보다 높거나 낮아지는 현상. 모관현상이라고도 한다. 액체의 응집력, 관과 액체 사이의 부착력의 차이에 의해 일어난다.위 그림에서 물과 수은은 다른 현상을 나타내는데, 물은 물의 응집력보다 관과 물 사이의 부착력이 더 크기 때문에 물이 올라가 오목해지고, 수은은 수은의 응집력보다 관과 수은 사이의 부착력이 더 작기 때문에 물이 내려가 볼록해진다. 식물의 뿌리가 무기양분과 물을 흡수하는 것, 알코올 램프의 심지를 통해 연료가 빨려 올라오는 것 등이 모세관 현상의 대표적인 예이다.모세관 상승법은 모세관 현상을 이용해 표면장력을 측정하는 방법이다. 액체 속에 수직으로 세운 모세관 안을 올라가는 액체 기둥의 높이로부터 표면 장력을 구하는 방법. 액체에 모세관을 담글 때, 액체와 모세관 사이의 부착력이 응집력보다 더 크면 액체가 상승한다. 상승해서 평형을 도달하였을 때, 그 액면의 높이를 h, 모세관 반경을 r, 액체의 밀도를 ρ, 표면장력을 γ, 접촉각을 θ라 하면 다음 식을 이용할 수 있다., g=중력가속도대부분의 경우 θ=0°이므로 cosθ=1이 되어 다음 식이 된다.(단위 : dyne/cm)2) 액적법반경 r의 모세관으로부터 조용히 낙하하는 액적의 무게 w와 모세관 반경 2πr, 표면장력 γ의 관계를 이용한 방법. 다음 식을 이용한다., (w=mg)3) 드 누이 측정법(Du Nuoy ring method, 원환법)원판을 들어올리는 힘과 유체가 표면장력에 의해 잡아당기는 힘이 평형이라는 것을 이용한 방법. 백금의 원환을 액체 중에 담근 다음, 백금 고리를 조용히 수직으로 들어올리면 원환에 액체가 부착되어 액막이 상승한다. 액체가 떨어지려는 순간, 고리에 작용하는 아래 방향의 힘은 고리 가장자리를 따라 액막의 양면에 작용하는 표면 장력 γ이므로 이와 접하는 상방향의 힘 F는F＝4πrγ로 표현된다. (r: 고리반지름)Du Nuoy 장력계의 고리가 시료 혹은 공기 중에 쉽게 산화 및 부식되면, 고리의 형태가 찌그러져 구하려는 표면장력에 오차가 생기게 되기 때문에, 단단하고 반응성이 작은 백금이 고리에 사용하기 적합하다. 또한 백금은 표면에너지가 높아 젖음성이 월등하다. 젖음성이란 고체의 표면이 액체와 접촉하여 축축하게 배어드는 성질로, 액체의 표면장력이 감소하면서, 액체가 고체의 표면에 퍼진다.실험 시료 및 기구① 시료1) 증류수, H2O물을 가열했을 때 발생하는 수증기를 냉각시켜 정제된 물을 말한다.1atm에서 분자량은 18.01528 g/mol, 녹는점 273.15K(0℃), 끓는점 373.15K(100℃)이고 밀도는 4℃일 때, 1g/mL 25℃일 때, 997.07 g/mL이다.2) 아세톤, CH3COCH3.가장 간단한 형태의 케톤이다. 물, 알코올, 에테르 등 대부분의 용매와 잘 섞인다. 상온에서 휘발성이 강하고 인화성이 크다. 분자량은 58.08g/mol이다. 녹는점은 178.55K(-94.6°C), 끓는점은 329.65K(56.5°C)이고 25°C에서 밀도는 0.78522g/mL이다.3) 식염, NaCl나트륨과 염소의 화합물. 비중은 2.164 분자량은 58.45g/mol이다.비중은 2.164, 녹는점은 800.4℃ 끓는점은 1,400℃이다.③ 실험기구: Du Nuoy 표면장력계, 항온조, 전자저울, 백금고리, Digital Vernier Caliper, 모세관, 피펫, 온도계, 족집게, 식염, 아세톤, 증류수실험 방법① 시료제작1) 아세톤과 증류수를 아래 표에 따라 섞어 각 중량백분율에 맞는 시료를 만든다.2) 식염과 증류수를 아래 표에 따라 섞어 각 중량백분율에 맞는 시료를 만든다.② 모세관 상승법1) 반경이 0.02cm이고 눈금이 mm단위까지 새겨진 모세관을 세척액으로 세척하고 증류수로 씻는다.2) 물에 녹지 않는 액이 묻어 있으면 아세톤으로 최종적으로 씻는다.3) 항온조를 이용해 모세관을 25℃로 유지한다.4) 순수한 액을 시험관에 깊이가 몇 cm는 되도록 넣어준다.5) 위 시험관에 모세관을 수직으로 담근다.6) 액면이 상승하면 그 상승액면의 균형이 맞을 때까지 기다린다.7) Vernier Caliper를 이용해 모세관과 시험관의 액면차를 기록한다.8) 1)에서 7)까지의 과정을 3회 반복 및 측정하고 평균값을 기록한다.9) γ = rhρg/2 식을 이용하여 표면장력을 구한다.③ 드 누이 측정법(원환법)1) Du Nouy 장력계 오른쪽에 있는 빨간 레버를 돌려 수평을 맞춘다.2) Du Nouy 장력계의 가는 지지대에 집게를 이용하여 백금 고리를 건다.3) 용기에 시약을 담은 후 장력계의 table에 놓는다.4) Du Nouy 장력계 왼쪽 아래에 있는 빨간 레버를 돌려 백금 고리를 시약에 담근 후 꺼내서표면에 맞춘다.5) Run으로 나사를 돌리면 서서히 시료가 내려가기 시작한다.6) 시료가 떨어지는 순간 표면장력 측정판의 값을 기록한다.7) 과정 1)-6)을 3회 반복한다.실험시 주의사항◦모세관에 이물질이 없도록 깨끗하게 세척한다.◦표면장력은 온도에 따라 변하므로 온도를 일정하게 유지한다.◦상승 액면 양 끝점을 연결한 선이 수면과 평행을 이루는지 잘 확인한다.◦모세관이 파손되지 않도록 주의한다.◦Du Nouy 장력계의 수평을 잘 맞추고 흔들리지 않도록 한다.◦백금 고리가 찌그러진 것은 아닌지 확인한다.참고 자료 및 문헌물리학백과(한국물리학회)_표면장력, 모세관현상국가과학기술위원회 – 우리 주변 속 숨은 과학화공기초실험, 부산대학교 화학공학과표준일반화학실험(5차개정판), 대한화학회, 2002

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액체, 고체의 밀도 측정 예비레포트

화공생명기초실험실험 1 예비 report[액체, 고체의 밀도 측정]실험목적: 비중병으로 분말과 액체의 밀도를 측정한다.실험 이론① 밀도: 밀도란 물질의 단위 부피당 질량을 의미한다. 부피는 온도에 따라 변하므로, 밀도를 표기할 때는 온도도 같이 측정해주어야 한다. 밀도는 ρ(로)로 나타내며, 다음과 같은 식이 성립한다.(단위: g/ml, g/cm3 등)밀도는 세기 변수로 양에 관계없이 일정하기 때문에, 물질의 특성을 나타내는 양으로 사용할 수 있다. 일반적으로 물질의 밀도는 온도와 압력의 함수이므로 엄밀하게 밀도를 얘기할 때는 어떤 온도와 압력에서의 밀도인지를 말해야 한다. 하지만 고체나 액체의 밀도가 온도나 압력에 아주 민감하지는 않으므로, 보통 온도와 압력에 대해 언급하지 않고 1 기압 실온에서의 밀도를 그냥 밀도라고 하기도 한다.② 비중: 비중은 물질의 고유 특성으로서 기준이 되는 물질의 밀도에 대한 상대적인 비를 나타낸다. 일반적으로 고체, 액체의 경우 4 °C, 1atm 물을 기준으로 하고, 기체의 경우에는 0 °C, 1atm 공기를 기준으로 한다.SG = / ref (:어떤 물질의 밀도, : 기준 물질의 밀도③ 아르키메데스 원리: 아르키메데스의 원리는 어떤 물체를 유체에 넣었을 때 받는 부력의 크기가 물체가 유체에 잠긴 부피만큼의 유체에 작용하는 중력의 크기와 같다는 원리이다. 이를 아르키메데스 부력이라고 하며, 이는 유체에 잠긴 물체의 형태에 무관하며 유체의 특성에 관계없이 나타난다.(F: 단위질량당 부력 크기, g: 중력 가속도, ρ: 부력을 받는 유체 덩어리 또는 물체의 밀도, ρ0: 주변 유체의 밀도)④ 밀도 측정_비중병1) 액체: 병이 비었을 때와 시료를 채웠을 때의 질량을 구하여 순수 시료의 질량을 구한 뒤, 비중병의 부피로 나누어 주면 밀도를 구할 수 있다.:비중병 질량, :증류수를 가득 채운 비중병 질량, 액체 시료를 채운 비중병 질량,:측정 온도에서의 액체 시료 밀도)2) 고체: 병이 비었을 때와 시료를 채웠을 때의 질량을 구하여 순수 시료의 질량을 구한 뒤, 비중병의 부피로 나누어 주면 밀도를 구할 수 있다. 고체 시료의 경우 주변물질과의 밀도비(비중)를 알 수 있는데, 해당 온도에서 주변물질의 밀도를 곱해주면 고체의 밀도를 알 수 있다.실험 시료 및 기구① 고체시료1) PP (Polypropylene)프로필렌을 중합하여 얻는 열가소성 수지이다. 밀도는 0.905g/cm³, 녹는점은 130°C~165°C이다. 용도는 이불솜, 돗자리, 보온병, 섬유, 의류, 파이프, 잡화 등 폭넓게 쓰인다.2) LDPE (Low Density Polyethylene)에틸렌을 중합하여 제조하는 합성수지이다. 밀도는 0.91~0.93g/cm³. ethylene(CH2＝CH2)에 산소나 과산화물 등의 라디칼 개시제를 가하여 150~300℃, 1,000~3,000kg/cm2의 조건에서 중합시켜 만든다. 기계적 강도는 떨어지지만 가공성, 투명성 등이 우수하여 투명필름, 단열재 등으로 쓰인다.3) HDPE (High Density Polyethylene)LDPE와 마찬가지로 에틸렌을 중합하여 제조하는 합성수지이다. 밀도는 약 0.95g/cm³.알킬알루미늄-할로겐화 티탄을 촉매로 하는 저압법(치글러 법)과 실리카-알루미나-크로미아 촉매에 의한 중압법(필립스 법)으로 만든다. LDPE와는 반대로 기계적 강도는 우수하나 가공성 등이 약간 떨어져 콘테이너, 파이프 등으로 쓰인다.4) LLDPE (Linear Low Density Polyethylene)역시 에틸렌을 중합하여 제조하는 합성수지이다. 투명성이 좋고 부드러워 포장재료나 공업용, 농업용 필름에 적합하다. 밀도는 약 0.92g/cm³.② 액체시료1) 증류수물을 가열했을 때 발생하는 수증기를 냉각시켜 정제된 물을 말한다. 밀도는 1.000g/cm3무색 투명, 무미, 무취의 액체이다. 증류수는 유기물 등을 함유하지 않으므로 주사액, 약품의 조제 등에 사용할 수 있다. 어는점은 0℃, 끓는점은 100℃ 이다.2) 에탄올화학식은 C2H6O. 사슬모양의 탄화수소 중 탄소의 수가 2개인 에테인(C2H6)에서 수소 원자 하나가 하이드록시기(-OH)로 치환된 화합물로, 휘발성과 가연성을 가진 무색 액체이다.밀도는 0.789g/cm3. 어는점은 -114℃, 끓는점은 78℃ 이다.3) 아세톤화학식은 CH3COCH3. 가장 간단한 케톤으로 향기가 있는 무색의 액체이다. 유기용매로서 다른 유기물질과 잘 섞이며, 일상생활에 많이 사용되나 폭발 위험이 있다. 밀도는 791kg/m³. 어는점은 -94.6℃, 끓는점은 56.5℃이다.③ 실험기구: 비중병, 화학저울, 온도계, 비커실험 방법① 고체의 밀도 측정1) 비중병을 씻어 건조한 다음 그 질량을 M0이라 하고, 비중병에 고체 시료를 넣고 측 정한 질량을 M1이라 한다. 즉 분말의 질량은 (M1 - M0) 이 된다.2) 위 비중병에 에탄올을 넣고 열탕에서 가열하여 고체시료와 에탄올 중의 기포를 제거한다.3) 실온(T℃)으로 냉각시킨 다음 모세관 뚜껑을 닫아 흘러 넘치는 액체를 닦고 질량을 측정하고 이를 M2라 한다.4) 이번엔 비중병에 시료를 제외한 에탄올만 채우고 모세관 뚜껑을 닫고 위와 같이 질량을 잰다. 이 질량을 M3라 한다.5) 1)에서 4)까지의 과정을 세번 반복한다.6) T℃에서 시료의 비중(St)은 다음과 같이 구한다.*2)에서 에탄올은 인화성이므로 실제 실험시에는 가열하여 기포를 제거하는 과정 없이바닥을 쳐서 제거한다.7) T℃에서 시료의 밀도(ρt)는 T℃에서 에탄올의 밀도를 ρe 라 하면 다음과 같다.② 액체의 밀도 측정1) 비중병을 씻어 건조한 다음 모세관 뚜껑과 함께 잰 질량을 M0이라한다.2) 비중병에 증류수를 채우고 구멍을 통해 나오는 유실분은 닦은 뒤 증류수의 온도를 재고(T1) 모세관 뚜껑을 닫고 측정한 질량을 M1이라 한다.3) 증류수와 아세톤의 질량비가 1:1이 되는 시약을 만든다(50wt% 아세톤)4) 비중병에 50wt% 아세톤을 채우고 구멍을 통해 나오는 유실분은 닦은 뒤 시약의 온도를 재고(T2) 모세관 뚜껑을 닫고 측정한 질량을 M2라 한다.5) 비중병에 아세톤을 채우고 구멍을 통해 나오는 유실분은 닦은 뒤 시약의 온도를 재고(T3) 모세관 뚜껑을 닫고 측정한 질량을 M3라 한다.6) 1)에서 5)까지의 과정을 세번 반복한다.7) 비중병 부피는 다음과 같이 구할 수 있다.액체의 밀도(ρt)는 다음과 같이 구할 수 있다.실험시 주의사항-에탄올은 인화성의 위험이 있으므로 실제 실험시에는 가열하여 기포를 제거하는 과정 없이 바닥을 쳐서 제거한다.-시료를 교환하였을 경우 증류수로 깨끗이 씻고 건조해야 한다.-고체 시료 주위에 공기 방울이 맺혀선 안 된다.-밀도는 온도에 민감하므로 원하는 온도를 잘 유지하면서 실험을 진행한다.-고체 밀도 측정 실험에서 뚜껑 위로 올라온 시료는 닦아낸다.-밀도가 물보다 낮아 시료가 물위로 뜰 경우엔 표준 물질을 다른 것으로 바꿔야한다.-안전 사고에 유의해 복장을 제대로 착용한다.참고 자료 및 문헌물리학백과(한국물리학회)_밀도, 비중기상학백과(한국기상학회)_아르키메데스 원리,화공기초실험, 부산대학교 화학공학과표준일반화학실험(5차개정판), 대한화학회, 2002

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Acetic acid의 활성탄 흡착

화공생명 기초 실험실험 6예비 레포트화공생명공학부- 2016. 11. 02 -1. 실험목적흡착의 개념을 이해하고 수용액으로부터 acetic acid가 활성탄에 흡착할 때 흡착 양상을 보고 Freundlich 흡착 등온식을 결정한다.2. 실험이론(1) 흡착용질이 두 상의 경계면을 지나 1개의 상으로부터 다른 상으로 이동하는 흡수(吸收)와는 구별되어 , 두 상의 경계면에서 그 상을 구성하고 있는 성분물질이 농축되는 현상을 말한다. 표면 또는 계면에 흡착이 일어날 때를 양흡착, 그 반대로 계면 쪽이 내부보다 성분 농도가 엷어진 때를 음흡착이라 하며, 다량의 양흡착을 일으키는 물질을 흡착제(吸着劑)라 한다. 고체 표면으로 물질을 끌어당기는 현상을 흡착이라 하고 표면에 흡착되는 물질을 흡착질, 흡착하는 고체를 흡착제라고 한다. 고체 표면의 흡착은 물리적 흡착, 화학적 흡착으로 나뉜다.-물리적 흡착물리적 흡착은 흡착질 분자와 고체 표면 사이의 물리적 힘인 반데르발스 힘 또는 분산력과 같은 약한 상호작용에 의해 흡착이 생기는 경우로, 기체 분자의 응축과 유사하다. 흡착 속도는 활성화에너지를 필요로 하지 않으므로 표면에 충돌과 동시에 일어난다. 구경이 작은 다공성 물질의 경우, 확산이 속도지배단계가 되는 경우도 있다. 상온에서 반응이 일어나며, 화학적 흡착에 비해 흡착열이 낮고 가역과정이므로 온도를 높이거나 압력을 낮추면 탈착이 가능하다.-화학적 흡착두 상간의 계면에 있어서의 제1상(흡착질)의 분자와 제2상(흡착매) 표면과의 사이에 이온결합 혹은 공유결합과 같은 화학적 결합력이 작용함으로써 일어나는 흡착. 화학 흡착에는 그 과정에 활성화 열을 필요로 하는 단계를 포함한 경우가 많은데 거의 이것을 필요로 하지 않는 것도 있다. 화학 흡착 중 활성화 열을 필요로 하는 흡착을 활성화 흡착이라고도 한다. 화학 흡착의 속도는 동일 온도에 있어서의 물리 흡착보다 일반적으로 훨씬 늦고, 온도의 상승에 따라 그 속도는 증가한다. 이런 종류의 흡착에는 흡착질 분자의 변형을 수반하고, 때로는 계면상에서 해리되는 것도 있다. 해리를 수반하는 화학 흡착을 해리 흡착이라고 한다. 화학 흡착은 불균일 촉매의 작용과 불가분의 현상이다. 화학적 흡착은 비가역 과정으로 탈착이 어렵다.(2)흡착등온식일정온도에서 흡착평형이 이루어졌을 때 어떤 물질의 흡착량과 그 농도와의 관계를 나타내는 식으로 흡착현상은 통상적으로 흡착등온식으로 검토된다. 흡착량은 가스분압 또는 용액의 농도와 온도의 함수이다. 온도가 일정하면 분압 또는 농도만의 함수가 된다. 흡착등온식은 흡착의 성격을 파악하는 데에 매우 중요한 것이다. 토양에 의한 각종 이온, 염, 유기물 등의 흡착을 기술할 때 랭뮤어 흡착등온식(Langmuir adsorption isotherm), 프로인드리히 흡착등온식(Freundlich adsorption isotherm)이 많이 적용된다.-Freundlich의 흡착등온식흡착평형을 나타내는 경험식의 하나로, 주어진 온도에서 용액 내의 농도와 단위 질량이 흡착제에 흡착되는 용질의 양 사이의 평형관계를 나타낸다.{w} over {m} =KC ^{n}[w : 흡착된 용질의 양(g), m : 흡착제의 양(g), C : 여과액의 흡착질의 농도(mol/L), K : 특정 온도에서의 흡착질에 따른 상수, n : 특정 온도에서의 흡착제에 따른 상수]위 식에 대수를 취하면, 아래와 같아진다.log {w} over {m} =logK+nlogClog {w} over {m}대logC의 관계에서logK를 y절편, n을 기울기로 하는 일차함수의 형태이다.n>1 : 흡착이 진행 될수록 흡착률 증가n=1 : Linear Isothemn

공학/기술| 2021.05.04| 7페이지| 2,000원| 조회(265)

활성탄흡착, 화공생명공학기초실험, Acetic acid의 활성탄 흡착

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