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(물리화학 실험) 용액에서의 흡착 등온식

1. 실험제목 : 용액에서의 흡착 등온식2. 실험 날짜:3. 실험자:4. 실험목적:용액 상에서 고체 분말의 표면에 흡착하는 액체 피흡착질의 흡착 양상을 Langmuir 흡착 등온식과 Freundlich 흡착 등온식으로 알아본다.5. 장치 및 시약:자석교반기, 자석막대, 50ml뷰렛, 1000ml 눈금 플라스크, 250ml 눈금 플라스크 6개, 10ml, 25ml, 50ml, 100ml 부피피펫, 25ml 눈금피펫, 250ml 삼각플라스크 6개, 넓은목 삼각플라스크 7개, 100ml 비커, 깔대기, 둥근 여과지, 시트르산 250g, 1N NaOH 표준용액 1리터, 페놀프탈레인 지시약, 활성탄, 증류수6. 실험방법:a. 0.1M 시트르산 용액 1000ml와 1N NaOH 표준 용액을 제조한다.b. 주어진 부피만큼의 1.0M 시트르산 용액을 피펫으로 취하여 6개의 250ml 눈금플라 스크에 넣고 증류수를 채운다.c. 250ml 삼각플라스크에 각각 3.00g의 활성탄을 넣어둔다.d. 250ml 눈금 플라스크에 들어 있는 용액 100ml 씩을 피펫으로 취하여 활성탄이 들 어있는 250ml 삼각플라스크에 넣는다.e. 삼각 플라스크에 자석막대를 넣고 자석교반기를 사용하여 30분간 빠른 속도로 저어 준다.f. 여과하여 얻은 용액들을 주어진 부피만큼 취하여 페놀프탈레인 지시약을 넣은다음1.0N NaOH 표준용액으로 적정한다.g. 같은 방법으로 1.0m 시트르산 용액 10ml를 적정하여 초기농도를 구한다.7. 실험이론1) 흡착2개의 상(相)이 접할 때, 그 상을 구성하고 있는 성분물질이 경계면에 농축되는 현상.용질이 두 상의 경계면을 지나 1개의 상으로부터 다른 상으로 이동하는 흡수(吸收)와는 구별된다. 표면 또는 계면에 흡착이 일어날 때를 양흡착, 그 반대로 계면 쪽이 내부보다 성분농도가 엷어진 때를 음흡착이라 하며, 다량의 양흡착을 일으키는 물질을 흡착제(吸着劑)라 한다. 예를 들면, 숯은 가장 오래 전부터 쓰인 흡착제이며 특히 흡착력을 강하게 한 활성탄 등으로 사용된다. 그 밖에 각종 금속의 산화물, 특히 활성알루미나 ·실리카 ·산화티탄 등이 있고, 천연적인 것으로는 벤토나이트 ·산성백토 ·규조토(珪藻土) 등이 알려져 있다. 고체표면에 기체가 응축, 액화되어 농도가 커지는 현상을 흡착이라고 부르지는 않는다. 이 경우에는 계의 온도가 끓는점보다 낮아 고체표면에 액체가 덮혀지기 때문이다. 흡착에는 화학흡착(chemical adsorption)과 물리 흡착(physical adsorption)의 두 종류가 있다. 화학 흡착은 흡착제와 흡착된 물질사이에 화학 결합이 생성되는 경우로서 새로운 종류의 표면 화합물이 형성된다고 할 수 있다. 화학 흡착으로서는 구리 표면에 수소가 해리흡착 하는 것을 들 수 있다. 물리 흡착은 주로 분자간의 상호인력에 의해서 일어나며 London dispersion 인력, 영구 쌍극자, 유도 쌍극자 및 quadrupole 쌍극자 등 흡착제와 흡착 분자간의 Van der Waals형의 비교적 약한 인력에 의해서 일어나는 가역 현상이다. 분리조작은 주로 물리흡착에 의해 이루어진다.2) Freundlich 등온선Freundlich등온선은 실험식으로 표현 가능하며{ theta }_{A } =c { {P }_{A } }^{1/n }여기서 c는 Freundlich흡착등온식의 상수이며, n은 실험상수이다. Freundlich흡착등온식을 대수로 취하면 다음과 같다.lnq``=`` { 1} over {n } ln x```+```lnK여기서 상수 n과 K는 기울기와 절편으로부터 각각 구할 수 있다.Freundlich등온선은 Langmuir등온선이 잘 맞지 않는 흡착에 적합하며, 여기서 n과 c는 상수이고 n>1이며 온도가 증가하면 감소하며 또한 통계적인 방법으로 Langmuir등온선을 얻는 가정 중에서 모든 흡착점이 균일한 흡착세기를 가진다는 가정을 덮힘 정도에 따라서 지수함수적으로 흡착열이 감소한다고 가정하면 이론적으로 유도될 수 있다. 상수 c는 흡착점의 수를 나타내고 n은 흡착된 분자간의 상호작용의 정도를 나타낸다. n>1이면 흡착된 분자간에 척력이 존재하여서 압력이 증가하여도 흡착량의 증가가 작아서 흡착 등온선이 볼록해진다.3) Redlich and Perterson의 흡착 등온선세개의 파라미터를 이용한 흡착등온식으로 Redlich 와 Perterson이 molecular sieves의 기상 흡착에서 처음 제안하였고 다음 식과 같다.q= { aC} over {1+a/b CDOT { C}^{1- beta } }여기서 a, b, β는 실험적인 상수이다.식 (6-27)에서 높은 농도범위에서는 a/b?c1-β 〉1 이기 때문에 Freundlich의 흡착등온식을 따르며, 낮은 농도범위에서는 a/b?c1-β≪1이기 때문에 선형 흡착등온식으로 따르고, β가 0인 경우는 Langmuir의 흡착등온식을 따른다.4) Henry의 흡착등온식액상 흡착에서 선형 등온식은 일반적으로 Henry법칙으로 나타낼 수 있다.q=βc여기서 c는 평형에서 본체 용액의 농도, q는 흡착제 무게 당 흡착된 용질의 질량이며, β는 흡착평형상수이다. 이러한 선형 등온 식은 묽은 용액에 사용된다.8.결과:Vst(㎖)250.0187.5125.062.525.012.5V1(㎖)101025255050VNAOH1(㎖)26.620.5259.512.14.5?Vst = 250.0 일 때(CB,0 = 0.9 CB,eq = 0.887 γ = 0.43)?Vst = 187.5 일 때(CB,0 = 0.683 CB,eq = 0.675 γ = 0.16)?Vst = 125.0 일 때(CB,0 = 0.45 CB,eq = 0.333 γ = 3.9)?Vst = 62.5 일 때(CB,0 = 0.225 CB,eq = 0.127 γ = 3.27)?Vst = 25.0 일 때(CB,0 = 0.09 CB,eq = 0.081 γ = 0.3)?Vst = 12.5 일 때(CB,0 = 0.045 CB,eq = 0.03 γ = 0.5)9.토의:이번 실험은 용액 상에서 고체 분말의 표면에 흡착하는 액체 피흡착질의 흡착 양상을 알아보는 실험이었다. 활성탄은 보통 다른 물질과 흡착을 잘 일으키며, 전자의 이동 유무에 따라 물리 흡착과 화학 흡착으로 나눌 수 있다. 이번 실험에서의 활성탄과 시트르산의 반응은 물리 흡착이라고 예상된다. 먼저 실험에서 교반기로 저어준 후에 적정을 통해 시트르산의 양이 줄어 있음을 알 수 있고, 또 NaOH로 적정할 수 있다는 것은 시트르산이 산의 성질을 잃지 않았다는 것을 짐작할 수 있다. 화학 흡착이 일어났다면 전자의 이동이 있으므로 산의 성질을 유지하지 못했을 수도 있다. 실험 결과를 살펴보면 삼각 플라스크의 내용물을 차례대로 여과하여 얻은 용액의 양(V)에 따라 γ의 값이 다르게 나타나지만 V의 값이 같은 두 용액을 살펴보면 시트르산의 양이 적어질수록 여과 후 적정에 쓰인 NaOH의 양도 적어짐을 알 수 있다. 즉 시트르산의 농도가 적을수록 활성탄에 흡착되는 양도 적어짐을 알 수 있다. 또한 실험서를 살펴보면 (p90~91) 흡착 몰랄농도 γ와 평형농도 CB,eq 의 관계는 선형비례관계를 이루고 있음을 알 수 있다. 그러나 실험 결과 γ는 3개의 그룹으로 나뉘어 각각의 그룹 안에서는 선형비례관계를 이루고 있는 듯하나 전체적으로 그룹 간에는 선형을 이루지 않았다. 그 이유는 실험 간 취해야 하는 물질의 측정량과 측정 수치에 대한 오차 때문이라고 생각한다. Langmuir의 식 γ=

자연과학| 2009.04.28| 6페이지| 1,000원| 조회(537)

물리화학, 흡착 등온식, 물리화학 실험

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물리화학 실험 용액에서의 흡착 등온식

물리 화학 실험( 용액에서의 흡착 등온식 )학 부 : 생명화학 공학부학 번 :조 :성 명 :교 수 :조 교 :1. 실험 목적용액상에서 고체 분말의 표면에 흡착하는 액체 피흡착질의 흡착 양상을 Langmuir흡착 등온식과 Freundlich 흡착 등온식으로 알아 본다.2. 실험 이론흡착이란 고체의 표면(또는 액체의 경계)에 기체나 용해된 물질이 달라붙는 것을 기술하는 데 사용하는 용어다. 일정한 온도에서 흡착되는 물질의 양은 계의 종류, 대상 물질의 부분압 또는 농도에 따라 변하는 함수이다. 그 관계는 여러 종류의 흡착 등온식으로 기술되며, 어떤 흡착 등온식이 적합한가는 실험으로 확인되어야 한다.노출된 입자들 사이에는 인력이 작용하기 때문에, 기체 또는 용해된 물질 B(피흡착물질)는 고체상 A(흡착제)의 표면에 가역적으로 달라붙게 된다A + B ? ABads이때 흡착 몰랄농도(r)는 흡착제의 단위 질량당 흡착된 피흡착질의 양으로 정의한다. 즉,r =여기서 m는 흡착제의 질량, n는 흡착된 피흡착질의 몰수를 의미한다. 단 분자층을 형성하는 경우에는 실제 흡착 몰랄농도(r)와 최대 흡착 몰랄농도(r)의 비를 표면 덮임률 θ로 정의한다.θ =흡착의 종류와 흡착된 정도(r,θ)는 온도와 부분압(기체 피흡착질의 경우) 또는 피흡착질의 농도 (용해된 물질의 경우)뿐만 아니라, 무엇보다도 실험 대상계(흡착제와 흡착물)의 화학적 성질에 따라 차이를 보인다. 일정한 온도에서 B의 흡착 몰랄농도와 자유평형농도 사이의 관계를 흡착 등온식으로 표시할 수 있는데, 많은 종류의 흡착 등온식들은 각각 그 적용이 한정되어 있다.3. 실험 방법(1) 실험을 시작하기 전에 0.1M시트르산 용액 1000ml(1-L눈금플라스크에 HOC(COOH)(CH3COOH)2?H2O 210.16g을 넣고 증류수를 넣어 녹인 다음, 증류수를 표지선까지 채워서 만든다.) 와 1N NaOH 표준 용액을 미리 제조하여 놓는다.(2) 표1에는 각 플라스크에 넣을 시트르산 용액의 부피(Vst)와 평형농도를 구하기 위하여 V1Vst(ml)V1(ml)250.010187.510125.02562.52525.05012.550(3) 표1에서 주어진 부피(Vst)만큼씩 1.0M 시트르산 용액을 피펫으로 취하여 6개의 250ml 눈금플라스크에 각각 넣고 증류수를 표지선까지 채운다.(4) 6개의 마개 달린 250ml 삼각플라스크에는 각각 3.00g의 활성탄을 넣어둔다.250ml 눈금 플라스크에 들어 있는 용액 100ml 씩을 피펫으로 취하여 활성탄이 들어 있는 250ml 삼각 플라스크에 넣는다.(5) 삼각플라스크에 자석막대를 집어넣고 마개를 막음 다음, 자석교반기를 사용하여 약 30분간 아주 빠른 속도로 저어준다.(6) 각 삼각플라스크의 내용물을 차례대로 여과하여 얻은 용액들을 각가 표1에 주어진 부피 V1 만큼씩 부피피펫으로 취하여 250ml 넓은목 삼각플라스크에 넣고, 페놀프탈레인 지시약을 넣은 다음, 1.0N NaOH 표준 용액으로 적정한다.(7) 같은 방법으로 1.0M 시트로산 용액 10ml(V0)를 적정하여 초기농도를 구한다. 실험 여건이 허용된다면 이 실험을 반복한다.4. 실험장치 및 시약자석교반기 2개자석막대(30mm)50-ml 뷰렛 1개1000-ml 눈금플라스크 1개250-ml 눈금플라스크6개10-ml,25-ml,50-ml,100-ml 부피피펫25-ml 눈금피펫250-ml 삼각플라스크 6개250ml 넓은목 삼각플라스크 7개100-ml 비커깔대기(지름 55mm)둥근 여과지(지름 99mm)시트르산 250g1N NaOH 표준용액1L1% 페놀프탈레인 지시약 100ml활성탄 500g, 증류수※ 시약 조사시트르산화학식 C6H8O7. 많은 식물의 씨나 과즙 속에 유리상태의 산으로 함유되어 있다.NaOH수산화나트륨의 화학식은 NaOH이다. 순수한 것은 무색의 투명한 결정이지만, 보통은 약간 불투명한 흰색 고체다. 탄산나트륨 등의 불순물을 함유하고 있다. 완전히 탈수시킨 수산화 나트륨의 녹는점은 328℃이지만, 보통은 약간의 수분이 들어 있어 318.4℃이다. 끓는점 1,390℃, 비중 2.황색을 띤 백색결정이며, 분자량 318.33 , 녹는점 262~264℃이다.활성탄흡착성이 강하고, 대부분의 구성물질이 탄소질로 된 물질5. 실험 결과(1)실험값구 분순 번시르트산 용액의부피[Vst] (mL)여과 용액의부피[V1] (mL)1N NaOH적 정 량 (mL)1250.01034.22187.51027.33125.02533.2462.52521.4525.05011.7612.5505.60.1M 시트르산 용액 10mL(V0)36.7(2) 계산과정C=C=r ==C: NaOH의 초기농도, V: 바탕 적정량, V: 시트르산의 부피V: 시트르산용액10ml, V: 눈금플라스크의 부피 250ml, V: NaOH 적정량V: 여과하여 얻은양, V: 계의 부피 100ml, m: 3.0g 활성탄, 흡착제 질량(ex1)C== 1.223NC== 1.140Nr == 2.767kg/mol(ex2)C== 0.9175NC== 0.910Nr == 0.250kg/mol(ex3)C== 0.612NC== 0.443Nr == 5.63kg/mol(ex4)C== 0.306NC== 0.285Nr == 0.683kg/mol(ex5)C== 0.122NC== 0.0780Nr == 1.477kg/mol(ex6)C== 0.0612NC== 0.0373Nr == 0.795kg/molCrmC/mlog(C/m)log r1.1402.7673.00.380-0.42020.44200.9100.2503.00.303-0.5186-0.60210.4435.6303.00.148-0.82970.75050.2850.6833.00.095-1.0280-0.16540.0781.4773.00.026-1.58500.16930.0370.7953.00.012-1.9066-0.09986. 토 의이번 실험은 용액 상에서 고체 분말의 표면에 흡착하는 액체 피흡착질의 흡착 양상을 Langmuir 흡착등온식과 Freundlich 흡착 등온식으로 알아보는 실험이었다.C=C=r ==위 3가지 식을 사용하여 각각의 적정 부피에 따른 흡착 몰랄농도 r = 2.767,문헌값과는 상당히 많은 오차가 있을 것이라고 생각한다. 오차의 원인을 보면 0.1M시트르산 용액 1000ml를 만들때 시트르산 210.16g을 넣어서 만들어야 하지만 고체가루를 1000ml 눈금플라스크에 담는 과정에서 정확한 0.1M시트르산 용액을 만들지 못했다. 그리고 적정을 위해서 1.0N NaOH 표준용액을 만들 때 마찬가지로 정확한 농도의 표준용액을 만들지 못한 것 같다. 이러한 것 때문에 1.0M 시트르산 용액과 각 삼각플라스크의 여과용액을 중화시키는 데 필요한 NaOH 표준용액의 부피 V와 V에서 오차가 났을 것이라고 생각한다. 이 외에도 적정을 하면서 정확한 양으로 적정을 하지 못하였을 뿐만 아니라, 페놀프탈레인 지시약을 2-3방울이 아니라 많게는 10방울 정도 까지 넣어서 적정을 하였다. 처음에는 페놀프탈레인 지시약이 실험에 영향을 끼치지 않는 것으로 알고 했었는데 조교님의 설명을 듣고서야 잘못되었다는 것을 알 수 있었다. 여과장치의 효율을 문제삼을 수가 있다. 활성탄을 넣은 후 여과시키는 과정에서 여과가 제대로 되지 않아 활성탄이 여과액에 들어갔을 수가 있기 때문이다.이것은 적정시 매번 발생할 수 있는 random error이지만, 적정시 떨어뜨리는 NaOH의 속도 문제이다. 그리고 데이터를 읽는 과정에서도 오차가 있었을 수 있다. 그리고 교반기 사용에서 문제를 고려해주어야 한다. 그리고 계산상의 외삽과정에서 모든 값들이 slope에 100% 접근 하지는 않는다. 이때 임의 값을 잡아서 slope, intercept를 구하였기 때문에 그 과정 역시도 random error이라고 할 수 있을 것이다.이러한 사소한 실험과정에서부터 적지 않은 오차의 원인이 발생하였으며, 실험 결과값을 살펴보면 2, 4, 6번의 실험값이 비슷한 1, 3, 5번의 실험값과 상당한 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 이 부분에 대해서는 이유를 알아보지 못한 것이 상당히 아쉽다.실험을 통해서 궁금했던 용어나 부분에 대해서 간단히 찾아 보았다.흡 착고체 표면의 분자 또는 이온잉여력을 가진다. 이러한 잉여력이 고체 표면에 기체 또는 액체를 끌어당겨 붙잡아두는 현상을 흡착이라 부른다. 즉, 2개의 상(相)이 접할 때, 그 상을 구성하고 있는 성분 물질이 경계면에 농축되는 현상이다.이 때, 흡착되는 물질의 양은 흡착제와 용질의 성질, 흡착제의 표면적, 용질의 농도, 온도에 의존한다. 용질이 두 상의 경계면을 지나 1개의 상으로부터 다른 상으로 이동하는 흡수(吸收)와는 구별된다.참고로 좀 더 살펴 보자면, 표면 또는 계면에 흡착이 일어날 때를 양흡착, 그 반대로 계면 쪽이 내부보다 성분농도가 엷어진 때를 음흡착이라 하며, 다량의 양흡착을 일으키는 물질을 흡착제 (吸着劑)라 한다. 예를 들면, 숯은 가장 오래 전부터 쓰인 흡착제이며 특히 흡착력을 강하게 한 활성탄 등으로 사용된다. 그 밖에 각종 금속의 산화물, 특히 활성알루미나 ·실리카·산화티탄 등이 있고, 천연적인 것으로는 벤토나이트·산성백토·규조토(珪藻土) 등이 알려져 있다.고체 표면은 2차원 평면과 같이 생각되기 쉽지만, 원자 수준에서 생각해 보면 울툴불퉁해야 한다. 이러한 표면 위를 기체 분자가 쉴 새 없이 두들기면서 순간적으로 흡착이 되었다가 떨어져 나가고 한다.이러한 과정에서 흡착된 분자들이 표면 분자들과 반응을 하여 촉매 작용을 일으 키기도 하고, 또 표면을 부식시키기도 한다.고체 표면에 있는 원자나 분자는 액체 표면에서와 마찬가지로 본체 속에 있을 때보다 높은 에너지 상태에 있다.그러나 이 고체 표면의 분자들은 큰 점성을 가지고 있기 때문에 쉽게 이동할 수 없으며, 특별히 온도를 높여주지 않는 한 처음에 형성된 모양이 그대로 유지된다. 고체 표면 분자들은 위치 이동 뿐만 아니라 그 배향도 쉽게 변화되지 않는 경우가 많으며, 이러한 분자 배향이 고체 성질에 큰 영향을 줄 수도 있다. 예로서 분자의 극성기가 표면에 노출되느냐, 또는 비극성 기가 노출되느냐에 따서 친수성을 나타내기도 하고 소수성을 나타낼 수도 있으며, 또 조금 극단적인 예이지만 금속 산화물의 경우, 표면에 노출되 있다.

자연과학| 2009.04.28| 7페이지| 1,000원| 조회(843)

물리 화학 실험, 흡착 등온식, 등온식

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열역학 제 1볍칙 평가C아쉬워요

3장 열역학 제 1법칙열역학적 성질...거시적 계가 나타내는 온도나 압력과 같은 성질들은 알맹이 하나 하나의 기여로 이루어 지는 일종의 평균 성질(역학적 성질(가관 측량)들과는 달리 한 집단이 나타내는 성질)제 1법칙과 기본개념제 1법칙은 내부 에너지가 보존된다는 경험을 나타내는 내부 에너지 보존의 법칙.3.1 내부 에너지와 열역학 제 1법칙.내부 에너지 U = 운동 에너지 + 퍼텐셜 에너지(관심 대상)-U는 온도나 압력에 의하여 결정-제 1원자의 완전기체의 경우...->1mol의 내부 에너지=(=병진운동의 평균치)실제기체의 경우...->상호작용으로 인해 분자들이 퍼텐셜에너지를 가지며, 이로인해 이 때문에 분자들의 평균 에너지가 완전기체의 경우처럼 간단히 주어지지 않음.(if 고체나 액체의 경우, 상호작용의 퍼텐셜 에너지는 상당히 크며, 몰 내부에너지는 그만큰 더 작아진다.)다원자 분자 기체의 경우...->분자들이 병진운동뿐만 아니라, 회전 운동과 진동 운동을 하며, 따라서 내부에너지>상태함수 - 계의 현재상태에만 의존하고 그 상태가 이루어진 경로에는 무관한 성질(내부에너지, 온도, 압력 등)열역학의 제 1법칙(1847, Helmholtz)계 내부에서 화학반응이 일어나서 계의 화학적 에너지가 내부 에너지로 변하거나 또는 주위로부터 에너지가 유입되어 분자들의 운동 상태가 변하지 않는 한, 계의 내부 에너지는 일정하게 보존된다.계의 내부 에너지를 변화시키려면...1) 주위(또는 주위에 있는 계)의 퍼텐셜 에너지 변화를 수반하는 것2) 주위의 온도 변화를 수반하는 것.-->일반적으로 이 두 방식이 함께 일어남.일 : 주위의 퍼텐셜 에너지를 변화시키면서 이전되는 에너지-계가 팽창을 하거나 수축되면서 그와 접하고 있는 피스톤을 이동시킬때- 주위에 있는 추의 높이를 변화시킬때-주위에 있는 용수철을 신장(또는 수축)시킬때-주위에 있는 계를 전기장 속에서 이동시켜 그 전위(전기적 퍼텐셜 에너지)를 변화시킬때->계가 주위의 퍼텐셜 에너지를 높여주면 계의 에너지가 낮아지며, 이 때 계는 주위에다 일을 해주었다.->계가 주위의 퍼텐셜 에너지를 낮추어주면 계의 에너지가 높아지며, 이때는 주위로부터 계에 일이 행해졌다.열 : 주위의 온도 변화를 수반하면서 이전하는 에너지단열벽 : 계와 그 주위 사이에 온도차가 있더라도 단열 벽으로 둘러 싸여 있을때 에너지가 이전되지 않는다.투열벽 : 열이 출입할 수 있는 기벽 ( 철이나 유리 등)(단열 벽으로 둘러싸여 있을때-에너지가 열의 형태로 출입못함)(투열 벽으로 둘러싸여 있을 때-열이 출입)?U = q +w (열역학 제 1법칙의 수식적 표현)(w : 주위에 의해서 계에 하여지는 일, q : 주위로부터 계로 유입되는 열)-계에다 에너지를 일이나 열로서 이전시킬 경우w > 0 , q > 0-계로부터 에너지가 일이나 열로서 빠져나갔을때w < 0 , q < 0*계의 상태(온도와 압력)가 미소하게 변할 때의 내부에너지dU = dq + dw?크기 성질 : 계의 질량에 비례하는 성질?세기 성질 : 계의 질량과 무관한 성질3.2 일(경로 의존 함수-변화 경로에 의존)(피스톤의 퍼텐셜 에너지=mg?h)열역학적 계는 온도나 압력이 변하면 부피가 변하는데, 계의 부피가 변할 때 주위와 일을 교환하게 된다.(a) 일을 나타내는 일반식퍼텐셜 장 속에 있는 대상물은 퍼텐셜 기울기의 역방향으로 힘을 받는다. 즉, 퍼텐셜 에너지가 낮아지는 방향으로 힘을 받는다.ex)중력장속에 있는 물체-지구 중심을 향하는 힘전기장 속에 있는 하전체-전위가 낮아지는 방향으로 힘(= 퍼텐셜)퍼텐셜이인 위치로부터인 위치까지 이 대상물을 이동시키는 데 필요한 일w' =?= -dx계에 일이 행해질 때 이루어지는 일w = -?=dx(b) 부피 팽창의 일(팽창과 압축의 순환 과정) （이 순환 과정에서 행해지는 일)?압력이 p1->p2로 떨어지는 순간 행해지는 일W =dx=dx == -? 계과 외부 압력 p2에 맞서서 ?V만큼 팽창할 때 계에 행해지는 일w ( exp ) = -->계가 주위에다 일을 함.? 계의 부피를 dV만큼 팽창시키는 미소 과정에서 계에 행해지는 일dw = -(는 계에 작용하는 외부 압력)? 계의 상태를 p2,V2,T 로부터 p1,V1,T로 다시 가져갈 때 계에 행해지는 일w (com) = -∫dV =?V순환 과정 - 압축과 팽창의 두 과정을 거쳐서 계는 다시 처음 상태로 돌아가는데 이러한 과정?순환 과정을 통하여 계에 행해지는 전체 일w = -?V +?V =팽창 단계의 수를 증가 시킬 경우...계가 팽창 과정에서 하는 일의 양과 압축 과정에서 하는 일의 양이 점점 더 적은 차를 나타냄.->결국엔 계의 상태가 팽창 과정이나 압축 과정에서 완전히 등온선을 따라 변하며, 행해지는 일의 양은 모두 V1과 V2사이의 등온선 밑의 넓이와 같게 되어 순환 과정에 수반되는 전체 일이 0이된다.-여러 순환 과정에서의 열역학 제 1법칙0 = q + w or q = -w(w는 1단계 과정에서 제일 크고, 단계 수가 증가할수록 감소하여 극단적인 무한대 단계 과정에서 0이 된다.(c) 열역학적 가역 과정계가 주위와 평형을 이루고 있을 때이며, 이러한 평형을 유지하면서 일어나는 과정?비가역적-계가 주위와 역학적 평형을 이루지 않은채로 변화를 하고 있는 팽창외부 압력= 기체의 압력 p와 같게 해주는 가역적 등온 팽창 과정에서 계에 행해지는 일를 적분한 것과 같다.w=∫dw = -∫dV = -∫pdV?완전 기체가 등온 가역팽창을 하는 경우pV = nRTp = nRT/V(등온 팽창에서 온도 T는 일정)∴ w = -nRT=-nRT ln->팽창할 때 (최종부피>처음부피)w < 0즉, 내부에너지가 감소? 행해진 일의 크기는 등온서 p=nRT/V밑의 넓이와 같으며, 이 일은 주어진 두 상태 사이에서 계로부터 얻을 수 있는 최대 일과 같다.3.3 상태 함수와 완전 미분.-불완전 미분y가 두 점 사이를 어떤 경로를 따라 변해 가느냐에 따라 적분 결과과 달라지는 미분.

자연과학| 2009.04.28| 11페이지| 1,000원| 조회(396)

열역학, 1법칙, 열역학 제 1법칙

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(물리화학 실험) 분몰랄부피

1. 실험 날짜2. 실험 제목분몰랄부피(Partial Molal Volumes)의 측정3. 실험 목표NaCl-H20용액들 중에서의 물과 소금의 분몰랄 부피를 알아본다.4. 이론적 배경?이상용액- 일반적인 2 성분계에서 서로 다른 성분 사이에 상호작용을 하지 않는 용액?비이상용액-용액 내의 서로 다른 성분 사이에 상호작용이 일어나 용액의 성질이 성분의 몰 비에 대한 합이 아닌 용액?분몰랄양- 용액이 nA 몰의 성분 A 와 nB 몰의 성분 B 를 함유하고 있을 때, 각 성분의 몰수에 대한 V(volume), S(entropy), G(Gibbs free energy) 등의 편미분량?분몰랄양- 용액중 한성분이전체 부피에 기여하는 부피- 온도와 압력이 일정한 경우의 분몰랄 부피?겉보기 몰랄 부피(apparent molar volume)- 겉보기 부피 = 물질의 부피가 아닌 측정으로 보이는 부피- 겉보기 몰랄 부피?분몰랄 부피용액을 구성하는 두 성분이 차지하는 부피의 부분이 어떻게 파지되는가를 살펴봄으로써 알 수 있다. 부피에 대한 정보를 얻기 위해 일반적으로 사용될 수 있는 자료가 용액의 밀도 이다. 이들은 소량의 용질들을 포함하는 용액에 대해 보고되어 있으며, 이 용액은 용매라는 주 성분의 정해진 양에 용질이 들어있는 것을 말한다.이들 밀도자료는 용매의 주어진 양과 용질의 여러양을 가지는 용액의 부피를 계산하는데 사용될 수 있다. 용매의 몰수를 NA로, 용질의 몰 수를 NB로 표시한다.T, P와 다른 화합물의 양이 일정한, 이와 같이 미분한 값을 분몰랄 양이라 한다. 이것들은 용액을 열역학적으로 취급하는데 중요한 역할을 한다.분몰랄 성질은 고려되는 용액의 성질에 대해 물질 1몰의 기여를 나타낸다. 예를 들어, 분몰랄 부피는 물질을 첨가해도 농도의 변화가 일어나지 않을 정도로 충분히 용액 시료에 1몰의 성분을 첨가하므로써 수반되는 용액의 부피변화이다. 그러므로 분몰랄 부피를 용액의 그 성분 1몰에 해당하는 부피로 해석할 수 있다.?Nacl 의 성질염화나트륨 [鹽化-, sodium chloride]요약 : 나트륨과 염소의 화합물.식염, 즉 소금을 말한다. 화학식 NaCl. 엄밀한 의미에서 염화나트륨을 주성분으로 하는 식용 소금과 순수화학약품으로서의 염화나트륨은 구분해야 한다.성질 :등축정계에 속하는 무색 결정으로, 결정 속에서 결합간격 2.82 瓠, 녹는점 800.4℃, 끓는점1,400℃, 비중 2.16(20 ℃), 굴절률 1.5443이다. 녹는점 이상에서는 휘발성이 높고, 기체가 되면 NaCl 분자가 존재한다. 보통 마그네슘 등의 염류를 함유하며 조해성이 있다. 100g의 물에 0℃에서 35.7g, 100℃에서 39.8g 녹는다.알코올에는 잘 녹지 않으며, 포화용액은 0℃ 이하에서 무색 단사정계의 이수화물 NaCl·2H2O를 생성하며, －21.3℃에서 함빙정(含氷晶)을 만든다. 이것을 이용하여, 염화나트륨과 분쇄한 얼음을 섞음으로써 －21℃의 냉각제를 만들기도 한다.5. 시약 및 기구Water bath(항온조)Pycnometer 25mlVolumetric flask 25ml (with stopper)Kleenex휴지BalanceMedicine dropperNaCl증류수6. 실험 방법① 플라스크와 마개가 모두 깨끗하고 건조한가, 또 이들이 서로 섞이지 않도록 각각 플라스크와 마개가 한 셋트를 이루어 표지되어 있는지를 확인해야 한다.※ 플라스크와 마개들은 실험하기 전에 미리 적절한 방법으로 표지를 해서 건조오븐 속에서 말려두는 것이 좋다.② 건조한 공기가 차 있는 플라스크의 무게를 단다.③ 각 플라스크에 증류수를 플라스크의 부피 표지선에서 약 1mL정도 모자라도록 채우고, 플라스크들 중의 1개를 항온조에 넣는다.④ 항온조에 3～5분 동안 넣어둔 다음 모세관 피펫으로 플라스크의 부피 표지선까지 증류수를 정확히 채운다. 부피표지선에 있는 물은 휴지로 닦는다.(주의, 모세관내의 액체가 제거되지 않도록 해야한다.)⑤ 이 플라스크를 꺼내어 겉의 수분을 완전히 닦아내고 다시 무게를 단다.⑥ 이 플라스크를 항온조에서 꺼낸 동안에 두 번째 플라스크를 항온조에 넣는다.※ 항온조가 크거나 또는 여러개 있으면 여러개의 플라스크를 한꺼번에 넣어 두어도 좋다.⑦ 두 번째 플라스크에 대해서도 첫 번째와 마찬가지 절차를 따른다.⇒ 이계는 각 플라스크에 대하여 두가지 무게 (공기로 채웠을 때와 물로 채웠을 때)를 알고 있다. 공기의 질량에 대한 보정을 위해 비어있는 플라스크의 무게에 대한 아주 근사한 값을 얻기 위하여 플라스크의 부피를 25mL로 가정한다.? 실험실의 온도와 대기압에서의 공기의 밀도를 찾아 25를 곱하면 이것이 각 플라스크 속에 들어있는 공기의 질량이다.⑧ 이 값을 공기가 채워진 플라스크의 무게로부터 빼어서 빈 플라스크의 무게를 얻는다. 물이 채워진 플라스크의 무게로부터 빈 플라스크의 무게를 빼고, 이렇게 나머지 값을 항온조 온도에서의 물의 절대밀도로 나누어 항온조 온도에서의 플라스크의 정확한 부피를 구한다.⑨ 다른 플라스크들 중의 하나를 사용하여 염화나트륨 용액들 중의 하나를 채운 플라스크의 무게를 단다. (항온조 속에서 플라스크를 다루고 용액을 채워넣는 방법은 전과 마찬가지이다.)⑩ 염화나트륨 용액의 밀도는 용액을 채운 플라스크의 무게에서 빈 플라스크의 무게를 뺀 다음 플라스크의 정확한 부피로 나누어 얻는다.⑪ 각 용액의 무게퍼센트 조성을 이용하여 해당 용액의 몰랄 농도를 계산한다.

자연과학| 2009.04.28| 5페이지| 1,000원| 조회(737)

분몰랄, 물리화학 실험, 분몰랄 부피

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(물리화학 실험) 분몰랄부피 평가A+최고예요

이번 실험은 분몰랄 부피라는 다소 생소한 개념의 실험이었다. 그래서 물리화학 책이나 기타 다른 자료, 및 4학년들의 조언이 많은 도움이 되었다. 하지만 수식의 전개와 결과의 정리 과정에서 많은 시행착오를 거쳐 24시간이 넘는 기나긴 시간동안 고민하고 좌절하면서 결국 원하는 해답을 찾아냈을 때의 희열감은 글로는 차마 다 남기지 못할 것이다.이제까지의 실험에서는 실험 내용을 다 이해하지 못하고 실험에 임해 책에 나오는 과정만을 따라 결과를 나타내고 그것이 무엇을 의미하는지도 모른 채 실험을 끝내는 것이 대부분이었다. 하지만 이번 실험에서는 발표 준비를 하면서 이부분에서는 왜 이런 식으로 했고 결과는 무엇을 의미하는지도 많은 생각을 하게 되었다.그리고 또한 실험 책에 의해서만 실험을 하는 것이 아니라 조원 스스로가 판단하기에 맞다고 생각하는 방향으로 실험을 이끌어 나갔다는데 큰 의의를 두겠다.간단한 예로 실험 책에서는 준비물에 100mL 메스 실린더가 있다. 처음의 예비리포트에는 물론 이 실험 기구가 준비물에 포함되어 있다. 하지만 실험을 준비하는 과정에서 메스실린더가 필요 없다는 사실을 알게 되었다. NaCl수용액 2% (wt)을 만들 때 그 농도 %가 질량:질량이기 때문이다. 그래서 화학천칭 위에서 소금2g을 넣고 물을 넣어 100g을 채우는 방식으로 실험을 하였다.또 한가지 실험방법을 수정한 것은 항온조의 사용이다. 항온조를 이용하는 것은 이 실험을 한 온도에서 유지시키기 위한 것이었다. 하지만 실험기간이 짧기 때문에 실험하는 동안 온도가 변하지 않을 것이다라는 가정으로 실험을 해도 무관하다고 생각했다. 그래서 항온조를 사용하지 않았고 실험이 훨씬 수월하게 끝낼 수 있었다. 그런데 첫 번째 실험에서 2% NaCl 수용액의 데이터에서 오차가 너무 크게 나타났기 때문에 다음주에 새로 실험을 해야 했다. 이때 첫째 날의 실험실 온도와 다르기 때문에 다른 온도조건에서 실험 데이터를 처리해야 했다.그럼 그 첫째 날의 실험에서 2% NaCl 수용액의 데이터에서 오차가 어느정도났는지 잠깐 이야기 하면 겉보기 몰랄부피값이 38.16(mL/mol 이후 단위생략)가 나왔다. 하지만 4, 8, 12, 16% NaCl 수용액의 겉보기 몰랄부피 값은 17.25 18.17 19.23 19.62 이렇게 경향성 있게 나왔다. 이렇게 된 이유를 찾아보려고 노력했다. 그래서 중간값을 넣고 계산도 해보고, 엑셀에서 데이터를 수정해서 맞는 값을 찾으려고도 노력했다. 그렇게 해서 찾은 문제점은 용액의 밀도에 있었다. 이러고 보니 첫 번째 실험 데이터 값을 임의로 조정하고 싶은 충동이 강하게 일었다. 하지만 실험 과정이 그리 복잡하지 않고 시간도 많았기 때문에 다음시간에 다시 하게 되었다.이렇게 실험을 다시하고 보니 우리가 예상한 데이터와 비슷하게 결과를 얻었다. 그 데이터를 가지고 다시 겉보기 몰랄부피를 구하니 그래도 엄청난 차이를 보는 것이었다. 그래서 다시 우리가 원하는 정도의 값이 얼마를 넣으면 되는지 찾아보니 측정 용액의 밀도에서 +0.0005를 하면 경향성있는 데이터를 얻을 수 있었다. 그런데 이 +0.0005는 이미 우리가 계산에서 이용하는 유효숫자를 넘어선 값이었다. 즉, 유효숫자 4자리를 맞추기 위해 그 소수 4째자리에서 반올림하는 것이다. 그 때 우리가 한가지 실수 한 것은 우리가 데이터를 처리하는 과정에서 계속 유효숫자를 4자리로 맞추어 가면서 데이터를 처리 한 것이다. 계속해서 유효숫자를 맞추니까 값이 오차의 오차를 더하게 되는 것이 되어 버렸다. 엑셀로 전 계산과정을 처리하니 비교적 경향성있는 값을 얻게 되었다.여기서 한가지 더 말하고 싶은 것은 실험이 대단히 민감하다는 것이다. 앞에서 이야기했지만 밀도의 0.0001의 값에도 계산결과에서는 큰 차이를 보인다. 그렇기 때문에 실험이 간단한 만큼 실험을 정확히 하려는 노력이 필요하다.그래서 느낀 실험 시 유의사항을 잠깐 적는다면,1. 비중병의 물기를 깨끗이 닦는다. 특히 비중병과 마개의 사이에 눈에 안보이는 용액이 많이 묻어있는데 이는 실험의 오차를 낼 정도이다. 사실 비중병을 사용하는 이유가 비중병안의 부피를 일정하게 하기 위한 것이므로 세심한 주의가 필요하다.

자연과학| 2009.04.28| 3페이지| 1,000원| 조회(291)

물리화학, 분몰랄부피, 물리화학 실험

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