익숙한 나의 집에서, 나의 방을 바꾸어 보려고 한다. 내 방문을 열고 들어가면 바로 왼쪽에 컴퓨터, 그 오른편에 책상, 그 오른편에 책장, 그 오른쪽 벽에 바짝 붙은 장롱, 마지막으로 그 오른편엔 침대가 배치되어있다.위의 도면이 내 방이다. 처음 내 방을 변화시키려 할 때 어떻게 해야하나 정말 막막하였다. 그래서 곰곰이 생각해 본 결과 무거운 장롱은 그대로 두고, 침대와 책상, 책장, 컴퓨터의 위치만 조절하여 내방을 바꿔보기로 하였다. 우선 처음 침대등 가구를 꺼낼 때 사실 귀찮고 번거롭고, 부모님이 뭐하냐고 꾸중을 하기도 하셔서 짜증도 났지만, 바꾸고 나니 지금이 더 산뜻하고 좋은 것 같다. 오랜만에 가구를 들어내서 그런지 바닥엔 먼지나 동전이 정말 많았다. 컴퓨터 선을 일일이 모두 정리하고 컴퓨터 본체부터 모니터, 스피커 까지 모두 들어내었다. 그리고 컴퓨터 책상도 밖으로 꺼내었다. 그 후에 책상을 꺼내는데 책상 서랍에 그동안 마구마구 넣어두었던 A4용지라던지, 동전, 각종 계산서들이 무더기로 나와서 적잖이 당황하였다. 그리고 책장을 꺼낼 때, 책장마다 먼지가 자욱하였다. 그리고 오랜만에 보는 책들도 눈에 띄었다. 그 후에 침대까지 모두 꺼내고 나니 방이 꽤나 넓어보였다. 사실 평소에 느끼기에 ‘아~ 너무 좁다. 답답하다.’ 라고 생각하였는데, 생각보다 넓은 방이었다. 가구를 모두 꺼내고 방바닥에 쌓인 먼지를 빗자루로 쓸어내고, 그 후에 물을 묻힌 걸레로 닦아내었다. 오랜만에 가구를 옮겨서 그런지 방바닥에는 가구의 자국들이 깊이 새겨져 있었다.사실 ‘머리를 북쪽으로 두면 안된다.’는 부모님의 말씀이 매일 있었기 때문에 가구를 재배치 할 때 어떻게 해야할지 막막하였다. 그래서 곰곰이 생각하다가 침대를 그냥 장롱 옆으로 배치하고, 컴퓨터를 창가 쪽에 놓고 그 옆에 책상을 배치하고, 그 옆에 책장을 놓는 구조로 배치하였다.위의 도면과 같이 가구의 위치를 바꾸어 보았다. 사실 이렇게 바꾸고 나니까 매우 답답해졌다. 공부를 하려 책상에 앉았을 때는 책장이 옆에 우두커니 시선의 분산을 막고 있어서 공부하기엔 좋았지만 잠을 자려 누웠을 때, 조금 답답한 감이 있었다. 그리고 부모님도 들어오시더니, “누가 이런걸 시켰냐고, 이런 것 하지말고 공부나해.”라고 말씀하셨고, 또 “책장 때문에 방이 너무 답답하다.” 라고 말씀하셔서 꾸중을 또 듣게 되었다. 그래서 다음날 다시 바꿔야겠다고 생각하고 그날은 우선 잠을 청했다. 그리고 다음날 오후, 가구를 다시 재배치 하려고 마음먹었다.다음날 오후 다시 가구들을 재배치하였다. 하지만 이렇게 두니 침대자리가 너무 어색하였다. 침대를 어떻게 두어야 방이 조금 더 넓어보이고 생활할 때 편할까라는 생각을 해보아도 도저히 떠오르지가 않았다. 그래서 침대를 처음자리에서 옆으로만 돌리고 다시 재배치 해보려고 노력하였다.
'창의적인 삶'을 살기 위해 나는 무엇을 하고 있는가?창의적인 삶을 살기위해 뮤지컬, 영화, 연극, 전시회 그리고 여러 가지 명소들을 다니며 관람하며 그때그때 메모해 두는 습관을 들입니다. 특히 앤디워홀 팝아트 전, 백남준의 비디오아트, 스튜디오 지브리 레이아웃전 등을 관람하면서 어떻게 이러한 아이디어를 떠올리며 이렇게 표현할 수 있었는가에 대해 생각을 합니다. 그래서 제 분야나 다른 분야에 대한 아이디어를 떠올려야 할 때면 그때마다 전시회를 자주 갑니다. 처음엔 솔직한 말로 예술은 점하나만 찍어 놓고 여기에 의미를 중후하게 붙이면 예술작품 아니냐? 라는 비아냥섞인 생각도 자주 했습니다. 하지만 자꾸 보다보면 생각지 못한 작품들이 보입니다. 그러한 작품들을 보면서 아! 이런 것이 아이디어구나 라는 생각이 뇌리를 스쳐가는 것을 느낍니다.그리고 이러한 작품 뿐 아니라, 얼마 전엔 인사동을 다녀왔는데 3,000원하는 아이스크림 파는 2평 남짓한 가게였습니다. 그런데 사람들이 어마어마하게 줄을 서 있는 것이었습니다. 호기심에 따라 줄서서 아이스크림을 기다리다 보니 신기한 것이 눈에 띄었습니다. 딱지갤러리라는 입장권을 배부하는 것이었습니다. 그래서 더욱 호기심이 들어서 들어갔더니 벽면에 온통 옛날 어릴적 가지고 놀던 딱지들을 전시해놓은 것이었습니다. 옛날 딱지갤러리 입장권을 3,000원에 사서 입장하고 2평 남짓한 가게를 한바퀴 돌고나면 선물로 아이스크림을 주는 구조였습니다. 아이스크림을 받아드는 순간 와~ 하는 감탄사가 나올 정도로 정말 별것 아니지만 어떻게 이러한 아이디어를 생각을 했을까? 하는 감탄이 나올 정도였습니다.
실험 2. 추 출◎ 실험 목적추출성분을 함유한 packed coloum으로부터 용매를 사용하여 특정성분을 추출하는 과정 에 대한 성능 및 특성을 연구한다.3성분계 용액에서 대응선에 대한 개념을 익힌다.3성분계의 상태도를 그릴수 있으며 이것을 상률에 적용하여 활용한다.액-액 추출의 계산에 필요한 액-액 평형관계를 실측하여 3각 선도의 사용법,상률 및 추 출의 기본 개념을 습득하여 본다.◎ 이론* 추 출추출(extraction)이란 두 가지 이상의 물질이 섞여 있는 혼합물 속에서 특정한 물질을 용해할 수 있는 용매를 사용하여 성분을 분리해 내는 방법을 추출이라 한다. 이 경우 산-염기 혹은 킬레이트 생성 등의 화학반응을 이용하거나 혹은 단순히 용해도 차이만을 이용할 수도 있다. 고체에서 추출하는 경우를 고-액추출(固液抽出), 액체에서 추출하는 경우를 액-액추출(液液抽出)이라 하며, 고-액추출을 침출(浸出)이라 할 때도 있다.실험실에서는 각종 분리·정제·분석 등에 이용되는데, 고체에서 추출하는 데는 속슬렛(Soxhlet) 추출기, 액체에서 추출하는 데는 분액깔때기 등을 사용한다. 용매로는 물·알코올·에테르·석유에테르·벤젠·아세트산에틸·클로로폼 등의 액체가 주로 사용된다. 최근에는 초임계유체(supercritical fluid, SCF)를 용매로 사용한 추출방법도 많이 사용된다.1) 고-액 추출(leaching) : 원료가 고체인 경우ex. 보오크사이트에 함유된 알루미나를 황산에 의해 추출.2) 액-액 추출(liquid-liquid extraction) : 원료가 액체인 경우ex. 초산 수용액에 함유된 초산을 벤젠에 의해 추출.추출도 확산(diffusion)의 원리를 기초로 하고 다른 물질이동조작과 같이 회분식과 연속식으로 대별된다. 회분식에도 매회 새로운 추료와 추제를 취급하는 1회추출과 추제를 분할해서 동일 추료에 대해 몇회라도 나누어 가하는 다회추출이 있다. 후자는 별유다단추출이라고도 한다. 연속식은 물론 추료과 추제를 향류적으로 이동시키면서 접촉시키는 향류식 이는 액체(용제, 용매) 물추출액(extract) : 추질을 녹여낸 용액(추액) 프로피온산 , 물추잔액(raffinate) : 추질을 녹여 버린 나머지 액체로서 고체 잔류물의 경우는 추잔물이라 고도 한다. 트리클로로에틸렌 , 프로피온산원용매(diluent) : 추료중에 처음부터 존재하는 추질 이외의 성분으로서, 희석제라고 한다.트리클로로에틸렌* 깁스의 상률다상계의 평형상태에 대하여 상의 수(P), 성분의 수 (C)일 때 계의 상태를 규정지을 수 있는 최소의 독립변수의 수(F)는 F=C-P+2의 관계가 있다. 이러한 관계식을 깁스의 상률이라 한다. 이식에 의하며 3개의 성분과 2개의 상이 평형상태에 놓여 있다고 하면 자유도는 3이다. 이것은 계의 압력과 온도를 결정하고 남은 자유도 1개로부터 임의의 한 개 상에서의 조성에 따라 평형상태에 있는 다른 상의 조성이 결정된다는 뜻이다.* 삼각도표온도가 일정한 상태에서 세 성분의 혼합 비율을 쉽게 도식적으로 표시하기 위해 삼각도표를 사용한다. 삼각도표에는 정삼각형 도표와 직각 삼각형 도표가 있는데 보통 간편한 직각 삼각형 도표를 더 많이 사용한다. 그리고 도표상의 눈금은 몰분율이든지, 또는 중량분율이든 상관없다.삼각형의 세 꼭지점은 순수한 단일 성분을 나타내며 대개 삼각도표 (figure.2) 와 같이 시계 반대방향으로 추질(A), 추제(S), 원용매(B)를 나타낸다. 이 경우 변 AB상의 한 점은 추질과 원용매가 혼합된 원료의 조성을 나타내며, 변 AS상의 한 점은 추제와 추질의 혼합물의 조성을 표시하며, 변 AS상의 한 점은 추제와 원용매의 혼합물의 조성을 표시한다. 삼각형 내부의 임의의 점 C는 3성분계 혼합물의 조성 (x _{A} ,`x _{B} `,`x _{S})을 나타낸다. 추질의 중량 분율(x _{A}), 원용매의 중량 분율(x _{B}), 추제의 중량 분율(x _{S})은 각각 변 SB, AS 및 AB로 부터의 수직거리에 의해 표시되며 그 합은 1이 되므로 그림에서,bar{CF} `+ bar{DC} `+ 1})을 가한 세 성분의 혼합물이 추출상(E _{1})과 추잔상(R _{1})으로 상 분리가 되어 이 두 상이 평형에 도달하였을 때까지 기다려 각 상의 성분의 조성을 측정한다.다음 벤젠의 양을 달리하여(S _{2}) 같은 방법으로 실험을 반복하여 평형에 도달한 추출상(E _{2})과 추잔상(R _{2})의 조성을 결정한다. 벤젠의 양을 계속 변화시킨 후 이와 같은 실험을 반복하면 아래 표와 같이 E-R 데이터 쌍을 얻을 수 있다. P점에서는 추출상과 추잔상의 조성이 같아진다.위 [표 2-1]의 각 조성이 나타내는 점을 삼각도표에 표시하여 연결하면 용해도 곡선이 얻어진다. 이때 E _{1}-R _{1}, E _{2}-R _{2} 등 추출상(E)과 그에 대응하는 추잔상(R)의 조성을 나타내는 두 점을 이은 직선이 11개 얻어지는데 이선을 대응선 또는 연결선이라고 한다. 용해도 곡선의 아랫부분에 있는 임의의 점에 의해 그 조성이 표시되는 3성분 혼합물은 단일 상으로 존재하지 못하고 그 점을 통과하는 대응선이 용해도 곡선과 만나는 두 점으로 나타내어지는 조성을 갖는 두 상으로 나누어진다. 이때 두 상의 중량 비율은 지렛대 법칙에 의해 구할 수 있다. 예를 들어 figure.3 에서 M _{7}에 의해 전체 조성이 표시되는 초산-벤젠-물 3성분계 혼합물은 E _{7}(추출상)과 R _{7}(추잔상)으로 분리되는데 추출상의 중량(E)과 추잔상의 중량(R)의 비율은 다음과 같이 구할 수 있다.(지레의 법칙)추출상 중량(E) × bar{E _{7} M _{7}} = 추잔상의 중량(R) × bar{R _{7} M _{7}}용해도 곡선 위쪽(dome형 외부)에 있는 임의의 점에 의해 그 조성이 표시되는 3성분 혼합물은 상분리가 일어나지 않고 전체가 균일한 단일 액상을 형성한다. 따라서 이러한 조성을 갖는 혼합물에는 추출 공정을 이용할 수 없다.추질(A)의 농도가 추출상과 추잔상에서 서로 같아지는 점 P를 상계점, 또는 임계점이라 한다. 상계점에서 대응선의 길이는 0이 되며, 이않을 때 까지)추제의 양을 달리하여 반복실험. 그리고 평형에 도달한 추출상과 추잔상의 조성을 측정추잔상과 추출상의 조성이 같아지는 데이터를 얻을 수 있다.(삼각도표에서 보는 E점을 말하며 이때 추출상과 추잔상에서 추질의 농도는 같다. E점 을 상계점 또는 임계점이라고 한다.)< fig.4 용해도곡선 >* 분배계수추질의 농도가 낮은 부분에서 근사적으로 직선 관계가 성립하는데 이것을 분배 법칙이라 하며 다음과 같이 나타낸다.K= {y} over {x}x : 추잔상에서 추질의 농도y : 추출상에서 추질의 농도여기서, K를 분배계수라 하며 추제의 능력을 판별하는 요소이다. 이 분배 법칙은 기체를 액체에 흡수하는 공정에서의 헨리의 법칙과 유사하다. 차이점은 추출에서 분배 법칙은 두 액체사이에서의 용질의 분배를 나타내는 반면 기체의 흡수에서 헨리의 법칙(Henry's law)은 기체와 액체 사이의 용질의 분배라는 점이다.< fig.5 대응선과 분배곡선 >추잔상에서의 추질의 농도(중량분율)를 x, 추출상에서의 추질의 농도(중량분율)을 y라 하여 x-y곡선을 그리면, 초산-벤젠-물계의 경우 fig.5 와 같다. 이 곡선을 분배곡선(distribution curve)이라하며 대응선의 자료로 이용된다.◎ 실험 결과PPA의양추출상의 적정량추잔상의 적정량분배계수5 ml57.5 ml104.5 ml0.5503 ml42.5 ml88 ml0.4831 ml7.8 ml21.5 ml0.363컬럼내 추제물을 먼저 채운 경우유속0.1L/min0.3L/min추출액2 ml6.4 ml추잔액0.5 ml4.7 ml혼합액21.8 ml21.8 ml◎ 실험기구액-액 추출실험장치 (Liquid-Liquid Extract Aparatus)증류액저장탱크추출액저장탱크추잔액저장탱크혼합용액 저장탱크수직으로된 packed column의 형태.column을 물로 채우고 용매를 column의 형태인데 column을 물로채우고 용매를 column 아래로 packing을 거쳐 흐르게 하는 방법과 용매로 column을 채우고 물을 식 CHCl=CCl2. 클로로폼 비슷한 냄새가 나는 무색 액체로, 분자량 131.39, 녹는점 -73℃, 끓는점 87.2℃, 비중 1.46이다. 물에는 거의 녹지 않으나, 에탄올·에테르·벤젠 등 유기용매와 임의의 비율로 섞인다. 테트라클로로에틸렌에서 염화수소를 이탈시키거나, 또는 에틸렌을 염소화한 후 분별증류에 의해서 합성한다. 드라이클리닝이나 유지(油脂) 추출 때 용제(溶劑)로서 사용될 뿐 아니라 살충제, 유기화합물의 합성원료로도 사용되며, 소화제 등의 약제로 사용되고 있다.propionic acid프로판산(propanoic acid)이라고도 한다. 화학식 CH3CH2COOH. 자극적인 냄새가 나는 액체로, 분자량 74.1, 끓는점 141.35℃,비중 0.9987(15℃, 물 15℃)이다. 순수한 상태에서 색이 없으며 부식성을 가지고 있다. 물과 잘 섞이지만, 폼산이나 아세트산과 달리 염석(鹽析)하면 기름 모양으로 석출한다. 프로피오나이트릴을 가수분해하거나, 프로판올을 산화시키면 얻을 수 있다. 염류는 음식물에 대하여 살균력과 보존력을 지니므로 그 방면에서 많이 이용된다.phenolpthalein화학식 C20H14O4. 분자량은 318.33이며, 녹는점은 262∼264℃이다. 무색에서 옅은 노란색을 띠는 흰색 결정이며 고온에서는 승화하는 성질이 있다. 에탄올에는 잘 녹으며 에테르에는 잘 녹지 않고, 물에는 거의 녹지 않는다. 산성 용액 속에서는 무색이며, pH 9 이상의 염기성 용액에서는 붉은색을 띠기 때문에 산·염기 적정에 많이 이용된다.산을 염기로 적정할 경우, 플라스크에 적정할 산을 넣고 페놀프탈레인을 몇 방울 넣은 후 뷰렛에 담긴 염기를 플라스크에 조금씩 떨어뜨리면서 색깔 변화를 관찰한다. 이때 페놀프탈레인 자체가 약산성이기 때문에 많이 넣을 경우 실험 결과에 영향을 줄 수 있다. 따라서 2~3방울 정도만 넣는 것이 바람직하다. 플라스크 속 용액의 색깔이 매우 옅은 붉은색을 띠고 플라스크를 잘 섞어 주어도 그 색깔이 없어지지 않으면 중화점에 다다른 것복한다.
실험 3. 초산에틸의 검화◎ 실험 목적NaOH의 초산에틸의 회분기에서의 반응은 2차반응으로 예측.이 실험을 통해 Data를 구하고 이를 이용하여 2차반응임을 확인하고, 반응속도상수를 계산하여 이미 구해놓은값과 비교해 본다.◎ 이론이번 실험에서 할 반응의 반응식은 다음과 같다.CH _{3} COOC _{2} H _{5} ```+```NaOH```` ````CH _{3} COONa```+```C _{2} H _{5} OH이 반응이 가역반응이고, 2차 반응이라 가정하면 반응속도식은 다음과 같다.r```=``` {1} over {V} ``` TIMES ``` {dN} over {dt} ```=``` {dCa} over {dt} ```=```-(K _{1} CaCb```-```K _{2} CcCd)여기서,N: any time in a reactor of CH _{3} COOC _{2} H _{5}V: volume of reactor mix.K _{1} `,``K _{2}: reaction rateCa: molality of CH _{3} COOC _{2} H _{5}Cb: molality of NaOHCc; molality of CH _{2} COONaCd; molality of C _{2} H _{5} OH이 실험에서는 CH _{2} COOC _{2} H _{5}와 NaOH의 농도를 같도록 취하고, 또 이반은 발열반응으로 K _{2} `` < ``K _{1}이므로 역반응은 무시할 수 있다. 따라서 위의 반응속도식은 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.{dCa} over {dt} ``=``-K _{1} Ca ^{2}변수분리를 하고 적분을 하면- int _{C _{0}} ^{Ca} {{da} over {C ^{2}}} ``=`` int _{0} ^{t} {K _{1}} `dt ⇒ LEFT ( {1} over {Ca _{0}} ``-`` {1} over {Ca} RIGHT ) ````=``K _{1} t위의 식으로부터 임의의 시간에 있어서의 반응혼합물내의 초산에틸의 농도를 알 ``=``k`f(C _{A} )② 설계방정식(액상반응시 주로 회분반응식 사용) 대입③ 적분(Intergration)kt``=``- int _{} ^{} {{dC _{A}} over {f(C _{A} )}} ``=``f(C _{A} )④ 실험데이타를 대입하여 f(C _{A} )의 값을 계산⑤ - int _{} ^{} {{dC _{A}} over {f(C _{A} )}} ````````VS``````````t 의 plot (slope = k)직선관계 : 속도식 좋음.직선관계 아님 : 속도식 다시 가정하여 재 시도.이 반응은 역반응을 무시한다고 하였으므로 비가역 반응이라고 할 수 있다.* 비가역 반응(Irreversible Reaction)① 0차 반응(Zero order Rx.)A → products-r _{A} ``=``- {dC _{A}} over {dt} ``=``k`- int _{C _{A0}} ^{C _{A}} {dC _{A}} ``=``k int _{0} ^{t} {dt} C _{A} slope = -kTHEREFORE ``C _{A} ``=`C _{A0} ``-``ktt② 1차 반응(1st order Rx.)A → products-r _{A} ``=``- {dC _{A}} over {dt} ``=``k`C _{A} `- int _{C _{A0}} ^{C _{A}} {{dC _{A}} over {C _{A}}} ``=``k int _{0} ^{t} {dt} ```````````` -In{C _{A}} over {C _{A0}} slope = kTHEREFORE ````- In{C _{A}} over {C _{A0}} ``=`kt``````````````or```````````C _{A} ``=`C _{A0} `e ^{-kt}t③ 2차 반응(2nd order Rx.)-r _{A} ``=``- {dC _{A}} over {dt} ``=``k`C _{A} ^{2} `- int _{C _{A0}} ^{C _{A}} {{dC _{A}} over {C _{A} C _{A}와 t의 그래프 작성. ⇒ [그림 1(a)]② 임의의 t에서 접선의 기울기(dC _{A} /dt)를 계산.③ 그래프를 그렸을 때, C _{A`} ````````VS````````````t 그래프가 직선 ⇒ 0차 반응 [그림 1(b)]-dC _{A} /dt````````VS````````C _{A} 그래프가 직선 ⇒ 1차 반응 [그림 1(c)]-dC _{A} /dt````````VS````````C _{A} ^{2} 그래프가 직선 ⇒ 2차 반응 [그림 1(d)]④ 위 식에서 k _{A} ``` TIMES ``C _{A} ^{n} ``=``- {dC _{A}} over {dt} 의 양변에 In을 취하면⇒ InLEFT ( - {dC} over {dt} RIGHT ) ``=`Ink _{A} ```` TIMES `````nInC _{A}⑤ InLEFT ( - {dC} over {dt} RIGHT ) ````````VS InC _{A} 의 plot 작성. ⇒ [그림 1(e)]⇒ n(slope)은 반응차수, Ink _{A}는 y절편◎ 실험장치1. 실험기구500mL 삼각 플라스크 1개, 250mL 삼각 플라스크 14개, 교반항온조,피펫 25mL 2개, 뷰렛 2개, 온도계, 비커 2개, 둥근바닥 플라스크2. 시약· HCl 0.05N (500mL)염산 [鹽酸, hydrochloric acid]염산은 이온화도가 큰 산이다. 100개의 염화수소분자가 물에 녹아 평형이 이루어지면 약 92개의 분자가 해리되어 92개의 수소이온(H+)과 92개의 염화이온(Cl-)의 상태로 존재하고, 약 8개의 분자가 염화수소(HCl)로 존재한다. 이렇게 물에 녹인 분자의 거의 대부분이 해리됨으로써 용액 속 수소이온의 농도를 높여주고, 따라서 강한산성용액이 되는 것이다.· NaOH 0.02N (1000mL)· NaOH 0.05N (1000mL)수산화나트륨 [水酸化─, sodium hydroxide]화학식은 NaOH, 분자량은 39.997g/mol, 대표적인 강염기로 순수한 수산화나트륨은 흰색결0, D)은 1.370∼1.375이다.◎ 실험방법① 먼저 각 농도에 맞는 시약을 조제한다.② ①에서 조제된 0.02 N의 NaOH 200 mL를 500mL플라스크에 넣고, 플라스크를 교반항 온조 속에 담근다.(교반항온조의 온도는 40℃로 한다. 여기서 온도 변화에 따른 반응속도에 영향의 가능 성이 있으므로 온도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.)③ 뷰렛에 각각 HCl과 NaOH 표준용액을 채운다.(①의 농도보다 진한 농도, 0.05N)④ 피펫으로 HCl 표준용액을 20mL씩 취하여 12개의 플라스크에 넣고, 각각 번호를 붙인 다.⑤ 이미 NaOH가 담겨져 있는 500mL 플라스크 속에 초산에틸 200mL를 넣고, 교반항온조 속에 넣은 후 10초 동안 심하게 흔든다.(반응이 잘 일어나게 하기 위하여 흔들어준다.)⑥ 반응이 시작되면 일정한 시간 간격을 정한 후 그 시간마다 반응 혼합물을 20mL씩 취 하여 번호가 붙은 플라스크에 넣는다.⑦ 페놀프탈레인 지시약을 번호가 붙은 플라스크 12개에 넣는다.(플라스크의 시약이 산성에서 무색을 띈다.)⑧ NaOH 표준용액으로 역적정하여 초기에 CH _{3} COOC _{2} H _{5}와 반응한 NaOH 규정농도를 계 산한다.◎ Flow chart각 농도에 맞는 시약을 조제.▼조제된 0.02N의 NaOH 200mL를 500mL 플라스크에 넣고 플라스크를교반항온조에 담금. (40℃유지)▼뷰렛에 HCl과 NaOH 0.05N 표준용액을 채움.▼HCl 표준용액 20mL 취하여 12개의 플라스크에 넣고,번호를 붙임.▼NaOH가 담겨있는 500mL 플라스크 속에 초산에틸 200mL를 넣음.▼교반항온조에 넣은 후 10초 동안 심하게 흔듬.▼반응이 시작되면 일정한 시간 간격을 정한 후 그 시간마다 반응 혼합물을 20mL씩 취하여 번호가 붙은 플라스크에 넣음.▼페놀프탈레인 지시약을 번호가 붙은 플라스크에 넣음.▼NaOH 표준용액으로 역적정하여 NaOH 규정농도를 계산.◎ 실험 결과1. Factor값 (f) 계산0.05N NaOH 20ml를38285513.712.45330.0188753.003300.46380613.211.99880.0200049.992500.40532713.211.99880.0200049.992500.40532813.512.27150.0193251.756490.43999914.212.90780.0177356.399990.525911015.714.27130.0143269.823870.73942111715.4530.0113787.970090.970443. 차수에따른 그래프ⅰ) 0차일 때ⅱ) 1차일 때ⅲ) 2차일때◎ 고찰우리조는 반응 혼합물을 1분간격으로 20ml씩 취하여 적정을 하였다.첫 번째 시도에서는 나의 실수로 HCl의 노르말 농도를 0.025N로 제조하는 바람에 같은실험을 두 번이나 반복해서 해야했다.표준용액을 정확히 제조한 후, 용액을 취해서 적정하는 실험 과정은 여느 실험에 비해서 간단하였다.NaOH의 factor값을 구했을 때 정확히 1이 나오지 않은 것으로보아 표준용액제조에 있어 완벽한 농도를 재현해내지 못했음을 알수 있었지만 그 수치가 0.909로 1에서 크게 벗어나지 않아 별 무리 없이 계산해 낼 수 있었다.역적정한 NaOH의 양과 그의 Factor값을 이용해 Ca , 1/Ca , ln(Ca0/Ca)값을 계산해 낼 수 있었고 이 세값을 시간 t와 plot시켜 그래프를 그릴수 있었다.그래프에 추세선을 추가하여 linear시켜나온 R제곱값이 1에 가까울수록 그래프는 직선임을 이용하여 가장 직선에 가까운 차수를 선택하는 것이 이번실험의 결과가 된다.완벽한 실험을 해 냈다면 실험 결과 2차의 그래프가 가장 직선에 가깝고 그때의 R제곱의 값이 가장 1에 가깝게 나와야하나, 우리조 실험은 0차가 가장 1에 가깝고 직선이라는 결과가 나왔다. 만약 이 반응이 0차반응이라 하면 반응속도는 농도에 무관해야하는데 이론상 그것은 불가능 하다고 볼 수 있으므로 우리조의 실험값은 틀렸다는 것을 알 수 있었고정확히 실험된 다른 조의 결과값을 빌려 계산해본 결과 2차식이 가장 linear함을전
실험 1. Reynolds 실험1. 서론· 층류와 난류의 현상을 관찰하고 그 본질을 이해한다.· 뉴튼유체와 비뉴튼유체의 Reynolds number에 대한 개념을 이해하고, 실험으로 Reynolds number를 계산한다.· 전이영역에서 유체흐름의 특성을을 관찰하고 임계유속에서의 Reynolds number를 계산한 다.· 완전발달흐름과 전이길이를 이해하고 그 중요성을 안다.2. 이론*Reynolds number영국의 유체역학자 O.레이놀즈가 발견하였다. 유체의 점성률(粘 性率)을 , 밀도를 , 유속(流速)을 v, 물체의 모양을 정하는 길이, 즉 구(球)나 원관(圓管)이면 반지름, 육면체면 변의 길이를 l이라 할 때, R=lv/구해지는 무차원수(無次元數)를 말한다. 흐름을 연 구하는 데 중요한 것으로, 이 값이 작을 때는 흐름이 규칙적인 층류(層流)가 되지만, 어떤 값 이상이 되면 난류(亂流)가 된다. 일반적으로 이와 같은 난류와 층류의 경계가 되는 R의 값을 임 계(臨界)레이놀즈수라 한다. 그 값은 원관 내의 물의 흐름에서 약 2,300이다. 경계의 모양이 닮은 두 물체를 서로 다른 흐름 속에 놓았을 때 각각 레이놀즈수가 같다면, 길이와 시간의 단위를 적당히 잡으면 두 흐름의 상태는 완전히 일치한다(레이놀즈의 닮음법칙).레이놀즈수 (Reynolds number)는 무차원수로서 흐르는 유체의 미소부분에 작용하는 관성력과 점성력과의 비를 나타내는 수이다.유체 흐름의 상태가 층류냐 난류냐 하는 것은 관경, 유속, 유체의 밀도, 유체의 점도에 관계되며, 다음의 레이놀즈수(이하 Re)의 대소에 따라 알 수 있다.즉, Re=2000을 하임계 레이놀즈수 (lower critical Reynolds number)라 하고, Re=4000을 상임계 레이놀즈 수(upper critical Reynolds number)라 하여, 여기서 Re 4000 일때는 난류.Re < 2100 일때는 층류.2100 < Re < 4000 일때는 관의 성질에 따라 난류 또는 층류가 된다. (전이영e) : 각자 다른 속도로 흐르는 두 층의 흐름이 부딪혀 생기는 것(정지유체에 분사 흐름의 도입)· 난류의 구성-흐름 속에 존재하는 여러개의 eddy가 있음.계속 큰 eddy가 생성되고 큰 eddy는 작게 나뉘고 -다시작게 - 소멸가장 작은 eddy는 10~100㎛, 이보다 작은 eddy는 전단응력에 의해 급격히 소멸된다.eddy내의 흐름은 층류이다. 그리고 가장 작은 eddy도 10^12개의 분자를 가지고 있으므 로 거시적 크기이다.그러므로 난류는 분자적인 현상이 아니라고 본다.난류 흐름에서 큰 eddy를 만드는 에너지는 전체 유체의 퍼텐셜에너지에서 오며, 결국이것이 열로 변화한다.· 난류에서의 편차 속도(Deviating velocity)-편차속도 : 난류장에서 유체 흐름의 양과 방향이 모두 배우 빠르게 변화한다.모든 것이 질서 없어 보이나 어느정도의 시간을 두고 관찰(수초)하면 평균값이 존재.비선형 카오스 함수(정량화에 유용함이 입증되지 않았음)※ 편차속도(Deviating velocity)ui = u + u' (순간속도= 순속도 + 편차속도)vi = v'wi = w'pi = p'u방향이 유체가 흐르는 방향이고 v, w 방향은 흐르는 방향의 좌우상하라고 생각하면 됨.그래서 u방향으로의 순간속도는 순속도 값이 더해짐.· 난류의 통계적 성질-높이차가 작은 경우 : 같은 eddy내의 경우는 거의 같은 편차속도 1,2는 거의 같음.-높이차가 큰 경우 : 완전히 다르다.· 난류의 강도(Intensity)난류의 요소는 다음 두 가지 요소에 지배를 받는다.-Eddy의 Rotation Speed-일정 크기의 Eddy에 내장된 에너지.심한 난류장일 경우 강도가 5~10%에 이르고 방해받지 않는 흐름에서는 0.5~2%에 이름.· 등방성 난류(Isotropic turbulence)-보통의 경우는 모든 편차속도의 값이 측정하는 방향에 따라 달라지나, 같은경우이를 Isotropic turbulence라 한다.이것은 속도 기울기가 없는 경우에만 일어난다.(파이프의 중심선)· Reffusivity of momentum v· 난류장에서의 전체 Steer stressμ와 Ev는 모두 Shear stress, velosity gradient와 관계 있는 성질이다.그러나 μ는 수많은 분자의 움직임과 momenta의 평균값으로 이루어진 거시적 결과인참 성질 인 반면에Ev는 유체 속도나 그 장치의 모양에 의한 값이고 유체 자체와는 무관한 값이다.-특별히 고안된 기구에 의해 그 상황에서 결정되어야 한다.전이영역Re = 2100 ~ 4000 범위에서는 흐름이 층류에서 난류로 전이되는 영역으로서 전이영역 (transition region) 또는 임계영역(critical region)이라 한다.* 경계층(Boudary layer)고체경계의 존재에 의해 유체의 움직임이 영향을 받는 부분.· 경계층(boundary layer)에서의 흐름.-고체 표면 시작 부분에 오기 전까지 유체의 유속은 균일하다.-고체와 유체의 경계에서의 유속은 0이다.-유속은 고체에서의 거리에 따라 증가한다.-각 유속분포는 판의 leading edge에서의 거리와 관계있다.-각 유속은 판 부근에서 급격히 변화한다.-유체의 속도가 일정한 부분과, 속도가 0에서 100%까지 변하는 부분이 경계층.유체의 흐름에서 뿐 아니라 열전달과 물질 전달에서도 매우 중요한 역학을 함.· 경계층에서의 층류와 난류.*완전발달 흐름과 전이길이(Transition length)완전발달흐름유체는 관 입구에서부터 경계층이 형성되기 시작하여 계속 흐를수록 경계층이 발달되어 마침내는 경계층이 관 단면 전체를 차지하게 되어 속도분포가 변하지 않고 계속 유지되는 흐름전이길이흐르는 유체가 관의 입구에서부터 완전발달흐름(Fully developed flow)가 될 때까지의 거리.Laminar flow : x=0.05*관의직경*레이놀즈수Tubulent flow : x=40~50 * 관의 직경층류 -> 난류 : x=100*관의 직경x _{t} =0.05``Re BULLET D`````````for```````laminarx _빈공간이 생기게 될것이고 이공간에는 Vortex(소용돌이 와류)가 생기게 된다. 음...그러니까 배의 지나가는 항적을 생각하면 이해가 쉬울것이다.이 곳에는 eddy보다 훨씬 거대한 Vortex가 생기고 기계적에너지가 열 에너지로 전환되어 빠져나가게 된다. 이로인해 E = mgh = PV(압력*부피) 에서 에너지가 다운되니 유체의 압력강하가 일어나게된다.(부피가 줄어들리는 없지 않은가.) 통상 이 압력강하때문에사람이 이런 소용돌이에 빠져나오면 헤엄치지 못하고 가라않는다거나(타이타닉 봤다면 이해할듯.) 잠수함이 수중에서 기포를 만나면 균형을 못잡고 침몰하기도 한다.*뉴튼유체(Newtonian fluid) 와 비뉴튼유체(non-Newtonian fluid)실제유체의 전단응력과 전단력의 관계는 유변학(rheology)에서 다룬다. 유체의 유변학적 거동 몇가지를 아래의 그림에서 보였다.이 그림은 등온 정압에서 전단응력을 전단율에 대해 나타낸 것이다. 가장 간단한 거동은 선 A처럼 원점을 지나는 직선이 된다. 이 단순한 선형 관계에 따르는 유체를 뉴턴 유체라 하며, 대부분의 기체와 액체가 여기 속한다. 뉴튼 유체와 거동이 다른 유체는 모두 비 뉴튼유체라 한다.3. 실험(1) 실험장치Reynolds Experiment apparatus (Eunha Fluid Science, Model : EH-RN-1200)1) Specificationsflow visualization pipe (cm)20psi × 100ink reservoir (cm)70psi × 12dimensions (mm)250 W × 650 H × 1200 L2) 실험장치Schematic diagram of Reynolds experiment apparatus실험장치 정면실험장치 측면유량측정잉크가 흐르는 모습(2) 실험방법1. Reynolds 실험 장치에 물을 서서히 채워 수위를 일정하게 유지시킨다.2. 잉크주입 노즐이 정상적으로 분사되어 나오는지를 확인하고 수조위의 용기에 잉크를 채워 준다.3. 잉크주입 밸브다.(3) Flow chart잉크주입밸브를 열어 물의 유속변화에 따른 잉크의 흐름을 관찰한다.메스실린더로 나오는 물의 부피와,시간을 측정하여 유속을 구한다.유속을 변화시킨다.물의 비중과 점도를 문헌에서 찾고, Re수를 계산하여층류,난류,전이영역에서의 유체의 흐름을 기록한다.실험장치에 물을 서서히 채워 수위를 일정하게 유지한다.잉크의 분사여부를 확인하고, 용기에 잉크를 채운다.3회이상반복하였는가?YesNo4. 결과 및 고찰*결과층류 (Laminar flow)Re=1697.36Re= 575.89Re=878.99전이영역 (Transition region)Re=2188.99Re=2970.38Re=3091.62난류 (turbulent flow)Re=4092.45Re=4758.67Re=10057.92Table 1-1. The result of Reynolds experiment.flow volumeQ``(m^3 )timet``(s)volumetricflow rateq``(m^3 `/s)averagevelocitybar {V```}(m`/s)temperatureT``(℃)viscosityμ(kg/m`````s)densityρ`(kg/m^3`)ReynoldsnumberRe``(-)type offlowsketch ofink streamline2.80×10 ^{-4}102.80×10 ^{-5}0.08919℃1.05×10 ^{-3}999.321967.36laminarflow9.5×10 ^{-5}109.5×10 ^{-6}0.030575.891.45×10 ^{-4}101.45×10 ^{-5}0.046878.995.10×10 ^{-4}105.10×10 ^{-5}0.16243091.62transitionregion4.90×10 ^{-4}104.90×10 ^{-5}0.1562970.383.60×10 ^{-4}103.60×10 ^{-5}0.1152188.996.75×10 ^{-4}106.75×10 ^{-5}0.2154092.45turbulentflow7.85×10 ^{-4}107.85×10하였다.