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아스코르브산의 분자량

“Ascorbic acid의 분자량 결정- 어는점 내림 ”결과 레포트조교 : 김연지 조교님실험일 : 7월 2일소속 : 공I. Abstract & Introduction미지의 시료 A, B를 가지고 어는점 내림을 이용하여 어느 시료가 설탕이고, 어느 시료가 비타민C인지 알아본다. 그리고 비타민C와 같은 몰랄 농도의 소금용액을 만들어서 소금이 전해질이라는 것을 알아본다. 기체의 분자량은 아보가드로의 법칙에 의하여 쉽게 그 밀도를 구하여 비교할 수 있지만 상온에서 액체나 고체의 밀도는 구하기가 힘들다. 그러므로 어는점 내림을 통하여 비타민C의 분자량을 구해본다. 물은 섭씨 0도에서 얼고 녹는다. 그런데 기온이 0도 이하인 추운 겨울날 길에 염화칼슘을 뿌리면 얼음이 녹는 것을 보아 알 수 있듯이 용액의 어는점은 순수한 물의 어는점보다 낮다. 그런데 이 어는점 내림의 정도는 일정한 양의 물에 설탕이나 염소 이온 이나 칼슘 이온이나 간에 몇 개의 입자가 녹아 있는지에 달려있다. 즉, C3H4O3이라는 화합물이 있다고 할 때 이 화합물 8.8 g이 물 1 kg에 녹아있는 용액은 영하 0.19도에서 언다. 즉 어는점 내림은 0.19이다. 그런데 C3H4O3에 비해 분자량이 두 배인 C6H8O6라는 화합물 17.6 g(8.8 g의 두 배)이 물 1 kg에 녹아있는 용액의 어는점 내림도 같은 0.19이다. 이런 원리를 이용하면 일정한 용액에 녹아있는 물질의 무게와 어는점 내림으로부터 분자량을 측정할 수 있게 된다.시간(S)증류수(?C)A(?C)B(?C)101.20.30.7200.8-0.8-0.5300.5-1.7-1.3400.2-2.4-2.150-0.1-3-2.760-0.4-3.7-3.570-0.6-4-3.580-0.8-4.2-3.590-0.1-4.5-3.6100-1.2-4.5-3.6110-1.4-4.7-3.8120-1.5-4.7-3.9130-1.6-5.0-3.9140-1.65-5.4-4150-1.7-5.7-4160-1.75-5.9-4.1170-1.75-6-4.1180-1.7-6-4.1190-1.75-6-4.1200-1.8-6-4.2210-1.8-6-4.2220-1.85-6.1-4.2230-1.95-6.1-4.2240-2.0-6.1-4.2Ⅱ. Data & Results시간(s)온도(?C)시간(s)온도(?C)시간(s)온도(?C)100.5140-6.4280-8.120-1150-6.4290-8.230-2.1160-6.6300-8.240-3170-6.8310-8.350-3.7180-6.9320-8.460-4.3190-7.1330-8.4570-4.7200-7.2340-8.4580-5210-7.3350-8.590-5.3220-7.6360-8.45100-5.6230-7.8370-8.45110-5.8240-7.7380-8.45120-6250-7.8390-8.45130-6.2260-7.9400-8.5140-6.4270-8410-8.5몰랄 농도(M) = 용질의 양 (mol)용매의 질량 (kg)△Tf = Kf × m (물의 Kf = 1.86)위의 식을 이용하면 이론적 예상값을 구할 수 있다.NaCl의 분자량 : 58.5 , 설탕의 분자량 : 342.3 , 비타민 C의 분자량 :176.1시료 A, B : 1g/5ml , NaCl : 0.332g/5ml설탕의 몰랄 농도: 1 = 1 = 0.5842827 ≒ 0.584342.3×0.005 1.7115비타민 C의 몰랄 농도: 1 = 1 = 1.1357187 ≒ 1.136176.1×0.005 0.8805NaCl의 몰랄 농도: 0.332 = 0.332 = 1.1350427 ≒ 1.13558.5×0.005 0.2925그러므로 각각의 시료의 예상치의 어는점 내림은:△Tf(설탕) = 1.86×0.584 = 1.08624△Tf(비타민) = 1.86×1.136 = 2.11296△Tf(NaCl) = 1.86×1.135×2 = 4.2222-물의 어는점 : -1.7?CSample A의 어는점 : -4.5?C(원래 영점이 -1.7?C이였으므로 실제 어는점은 -2.8?C)Sample A의 어는점 내림 : 2.8Sample B의 어는점 : -3.5?C(원래 영점이 -1.7?C이였으므로 실제 어는점은 -1.8?C)Sample B의 어는점 내림 : 1.8위의 결과에 따라 Sample A는 비타민 Sample B는 설탕 임을 알 수 있다.-비타민 C용액의 몰랄농도 :=x = 소금의 양 = 0.332g0.332g의 소금을 넣고 비타민 C용액과 동일한 몰랄농도의 소금 용액을 만들어서 어는점을 측정한 결과 - 6.4?C 가 되었다(실제 어는점은 -6.4+1.7=-4.7?C가 된다 )따라서 NaCl용액의 어는점 내림은 4.8 이 된다.3. Discussion아보가드로의 원리에 의해서 분자량을 구하려면 기체의 밀도를 비교해야 하는데 기체인 경우는 이 방법이 수월하지만 실온에서 고체나 액체로 존재하는 물질들은 기체로 바꾸어서 밀도를 재는 것이 아주 힘들다. 그래서 어는점 내림을 이용하여 그 물질들의 분자량을 측정하게 되었다. 어는점 내림은 순수한 용매에 비휘발성 용질을 녹인 용액의 어는점은 용매의 어는점 보다 내려가는 현상이다. 용액의 어는점이 낮아지는 이유는 삼중점에서 순수한 액체 용매의 증기 압력과 순수한 고체 용매의 증기 압력이 같으며, 용액의 증기 압력은 이보다 낮다. 그러므로 온도를 Tf 로 내려야 용액의 증기 압력이 순수 고체 용매의 증기 압력과 같아져 결정이 생기게 되어 어는점이 낮아지는 것이다. 순수한 용매의 어는점과 용액의 어는점 차이를 어는점 내림이라고 하는데 용액의 어는점내림은 밑의 식과 같이 그 용액의 몰랄 농도에 비례한다.(: 몰랄 내림 상수)여기서 몰랄 내림상수라는 것은 몰랄 농도와 어는점 내림의 비례 상수인데 이것은 용매 만의 성질이며 용질에 따라서는 변하지 않는 수이다. 몇 가지 예를 들면 아세트산 : 3.9, 벤젠 : 5.12, 나프탈렌 : 6.8, 물 : 1.86 등이다.이번 실험은 이론값과 실제 값이 약간의 오차가 있었다. 첫 번째 오차의 원인이 될 수 있는 것은 열이 외부에서 들어 왔기 때문이다. 실험값은 모두 예상보다 어는점이 높게 나왔다. 결국 열 차단이 관건이었다. 하지만 실험 할 때 온도계를 열 차단 효과가 있는 스티로폼 용기등에 넣었어야 했는데 아무런 조치도 취하지 않아서 결국 이번 실험과 같은 부정확한 결과는 필연이라고 밖에 할 수 없었다. 또한 질량을 측정할 때 정확히 측정하지 못했거나 실험시 실험 도중 비커 안에 얼음이 녹지 않도록 중간 중간에 얼음을 갈아주고, 온도를 되도록 일정한 정도로 충분히 낮게 유지해야 했는데 제때 얼음을 갈아주지 못했던 것과 그리고 증류수나 샘플로 여러 번 반복하여 익숙해진 후에 실험을 진행해야 했지만 그냥 한번에 그친 실험으로 약간의 오차가 발생한 듯 싶다 .이런 작은 부분부터 좀 더 세밀하게 신경을 써야할 필요가 있다. 또한 이론적으로는 어는점 내림의 값을 가진 후 온도는 잠시 평형을 이루다가 다시 온도가 내려가야 한다. 하지만 실험 데이터로 그린 그래프의 모양은 거의 일정한 부분 없이 온도가 떨어지는 모양이 그려졌다. 역시 정확치 못한 실험 이였음을 보여주고 있다 NaCl 실험은 실험 결과가 성공적이라고 본다. 실제 이론치는 -4.2222℃이라고 계산되었는데 실험 결과에서는 -4.7℃이 나왔다. 어는점 내림은 용액 중의 이온 수와 이온화되지 못한 입자의 총 수에 비례한다. 위의 예를 들면 Ascorbic acid 는 이온화하지 않기 때문에 물에 녹아도 입자수가 같다. 하지만 NaCl은 물에 녹으면 이온화한다.

자연과학| 2003.08.08| 6페이지| 1,000원| 조회(751)

실험, 분자량, 아스코르브산

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일정 성분비의 법칙

“ 일정 성분비의 법칙 ” 결과 보고서조교 : 김연지 조교님실험일 : 6월 25일제출일 : 6월 30일소속 :1. Abstract & Introductio이번 실험은 실험과 두 가지 법칙을 통해 Na2CO3 와 NaHCO3 을 구분하는 것 이다. A실험에서는 두 물질을 HCl과 반응 시켰을 때 반응물의 질량 변화를 측정하고 B 실험에서는 역시 HCl과 반응시켰을 때 발생된 기체의 부피를 측정한다. 이 때 측정된 자료를 가지고 다음 두가지 법칙을 통해 두 물질을 구별할 수 있다.첫 번째. 일정 성분비의 법칙이다. 일정 성분비의 법칙( Law of define proportion)이란, 화합물을 구성하는 성분 원소들의 질량비는 항상 일정하다는 것이다. 일정성분비의 법칙은 1799년 프랑스 화학자 프루스트에 의해 제안되었다. 당시 그의 친구이자 화학자인 베르롤렛은 이러한 프루스트의 주장을 반대하여 화합물의 조성은 일치하지 않는다고 주장하였다. 그는 같은 화합물이라도 만드는 방법이나 시료의 분량을 달리해주면 그 조성이 여러 가지로 달라지면 특별한 경우에만 프루스트의 제안이 성립된다고 하였다. 그런데 베르롤렛은 구리의 황화물이나 철의 산화물을 분석하여 그 성분비가 일정하지 않다고 주장했는데 그는 구리의 황화물이나 철의 산화물에는 2종류 이상이 있음을 몰랐던 것이므로 마침내 프루스트의 제안이 옳다는 것이 증명되었다.두 번째 . 이상 기체 방정식이다. 이상 기체 방정식이란 이상기체(ideal gas:상태방정식을 완전히 만족시키는 기체, 즉 기체 분자들 사이의 인력 반발력이 작용하지 않으며, 그 부피를 무시할 수 있는 기체, 분자가느이 상호작용이 전혀 없고, 그 상태를 나타내는 양(온도,압력,부피)사이에 보일- 샤를 법칙이 완전하게 적용될 수 있다고 가정된 기체) 에 대해 설명하는 공식으로 기체의 압력, 부피, 몰수, 온도간의 상관 관계로서 다음과 같이 나타내어진다. PV = nRT (R은 기체상수로서 0.0821 L■atm/mol■K)이 두가지 법칙을 통해 실험에서 측정한 자료를 가지고 Na2CO3 와 NaHCO3 질량구성비가 다름을 알고 두 물체를 구별해 낸다.2. Data ＆ Results-sample A시간(초)*************5404550무게(g)0.1650.1370.1190.1050.1030.1020.1020.1020.1020.1020.102- sample B로 실험실험실 조건- 20 ?C , 734 mmHg 에서 실험시료발생한 기체의 부피B19ml3. DiscussionNaHCO3 분자량 = 22.99+1.08+12.01+16*3= 84.08Na2CO3 분자량 = 22.99*2+12.01+16*3=105.99CO2 분자량 = 12.01+16*2=44.01CO2/NaHCO3= (44.01/84.08)*100=52.34%CO2/Na2CO3= (44.01/105.99)*100=41.52%sample A 의 (남아있는무게/처음무게)*100을 계산하면=(0.102/0.2)*100=51%Na2CO3의 경우 남아있는 물질의 질량비가 100-41.52= 58.48% 가 되어야 되고NaHCO3의 경우 남아있는 물질의 질량비가 100-52.34=47.66% 가 되어야 하므로 실험상 오차를 생각해서 A의 남은 물질의 질량비가 51% 이므로 샘플 A는 NaHCO3임을 알 수 있다.-이 실험의 목적이었던 일정성분비의 법칙을 첫 번째 실험에서 충분히 숙지할 수 있었다. 화합물에 있어서 그 결합비가 항상 일정하다는 법칙을 이용해 샘플의 종류를 구별할 수 있었다. 그러나 측정치가 우리가 예상한 값과 제법 많은 차이를 보였다. 오차의 원인으로는 먼저 실험할 때에 시간에 따른 무게 변화가 정확하게 측정되지 못하였다. 두명이 함께 실험하다 보니 시간적 오차가 생겨서 무게를 그때그때 기록하지 못하고 약 1초씩 느리게 기록했다. 또, 실험 중간 중간에 바람이 불어서 저울의 눈금이 왔다 갔다 하기도 하였다. 창문을 닫았음에도 불구하고 실험실이 좀 소란스러웠기 때문에 일어난 일이 아닐까 생각한다. 또한 측정시의 오차도 생각해 볼 수 있는데 측정된 오차는 5~6mg정도 인데 이는 시료 무게 측정의 실수로 인해 더 많은 무게를 측정해서 생길 수 있는 것이라고 본다. 하지만 분명히 조심했어야 할 점임을 인정하지 않을 수 없다. 또한 염산에 있어서의 문제점이다. 염산은 휘발성이 있는 기체인데 이것이 극소량이나마 오차에 영향을 주었을 것이라 보인다. 아쉬운점이 sample B로도 실험을 해 보았더라면 오차가 있더라도 정확히 샘플을 구별해 낼 수 있었을 것 같다. 그리고 위의 실험에서 무게 변화가 급격히 일어난 다음에도 시간에 따라 계속해서 무게가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이는 탄산수소나트륨의 제조법 때문이 아닌가 추측된다. 탄산수소나트륨의 제조법에는 여러 가지가 있지만, 그 중 하나가 탄산나트륨 수화물에 이산화탄소를 통하는 것이다. 이렇게 생성된 탄산수소나트륨이 연속해서 HCl과 반응함으로써 무게가 계속 감소하는 것이라고 생각한다.Na2CO3 + 2 HCl -> CO2+ H2O + 2NaClNaHCO3 + HCl -> CO2+ H2O + NaCl반응식에서 비교해 볼 때 같은 질량의 중 NaHCO3가 더 많은 이산화탄소를 발생하게 된다.PV=nRT에서 실험실의 P=734mmHg=(101325*734)/760=97842 N/mT=20?C=293.15KR=8.314 J/K?mol를 통해 발생한 CO2의 몰수(n)를 구할 수 있다.Sample B 의 경우 측정결과 19ml 의 CO2가 발생하였다 즉 0.019L의 CO2가 발생한 것이다. 이를 SI단위로 고치면 1.9*10m이 된다. 여기서 n값을 구하면n=PV/RT=(97842 N/m* 1.9*10m) / (8.314 J/K?mol * 293.15K)=0.0007627mol 이다.CO2 1mol은 44g이므로 발생한 CO2 의 질량은 44*0.0007627=0.0335588g이다. 이론값으로는Na2CO3 에서는 0.1*= 0.0415g 이 발생하여야 하며NaHCO3 에서는 0.1*=0.0524g이 발생하여야 하므로 sample B는 Na2CO3임을 알 수 있다.약간의 오차는 물이 CO2를 흡수한 양 때문에 발생한 것이라고 보여 진다.이번 실험에서도 부피를 질량으로 환산하여 이론값과의 비교를 통해서 ‘일정성분비의 법칙’을 확인할 수 있었다.-두번의 실험에서 기체 발생량 측정값이 약간의 오차가 있었던 것은 이산화탄소의 경우 물에 녹는 기체인데 포화 상태의 물이라고 하더라도 압력이 가해지면 이산화탄소가 물에 녹을 염려가 있다. 이렇게 되면 발생한 이산화탄소의 정확한 부피측정이 불가능해지므로 뷰렛속의 기압(이산화탄소의 압력+물의 증기압력)과 대기압이 같도록 수위조절을 잘 해주어야 한다. 시료 B를 실험하는 과정에서 약간의 오차가 발생하는 것은 수위 조절을 잘 못한 요인도 있는 것으로 보인다.

자연과학| 2003.08.08| 4페이지| 1,000원| 조회(707)

실험, 화학, 일정성분비

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[화학및 실험1] 산 해리 평형상수의 결정 평가A좋아요

산-해리 평형결과 레포트실험일 : 7월 23일조교 : 김현지 조교님소속 : 공과대학 응용화학부학번 : 2001-13035이름 : 최혜민(6조)1. Introduction & Theory산-염기 적정에서 종말점을 알아내기 위해서 사용하는 지시약은 약산 또는 약염기로 용액의 pH에 따라서 전혀 다른 색깔을 나타내는 화합물이다.Hind Ind-+ H+ ,Kind = [Ind-][ H+]/[Hind]용액 중의 수소이온 농도가 커지면 평형이 왼쪽으로 이동하기 때문에 산성형인 Hind의 농도가 증가하여 용액은 Hind의 색을 나타내게 된다. 반대로 수소이온의 농도가 감소하면 평형이 오른쪽으로 이동하여 용액은 Ind-의 색을 나타낸다 이 실험에서는 용액의 pH를 바꿔가면서 지시약의 흡광도를 측정하여 [Ind-]와 [Hind]의 비를 구하고, 이 결과로부터 주어진 지시약 X의 pKa를 결정한다.2. Experiment-실험기구 및 시약분광광도계(spectrophotometer),큐벳, 증류수병,비커(100ml), 눈금 피펫(10ml)염산 용액(진한 염산과 물을 1:8의 부피비로 혼합한 용액)pH 3.7, 4.0, 4.3, 4.6, 4.9 완충 용액지시약 X 용액-실험방법1)지시약 X 용액 1ml를 염산 용액 9ml를 이용하여 묽히고 435nm에서 흡광도를 측정한다. 이 때 묽힌 지시약 X 용액의 농도는 Beer의 법칙을 만족시킨다.2)pH 가 3.7, 4.0, 4.3, 4.6, 4.9인 완충용액을 이용해서 위와 같은 방법으로 지시약 X용액을 묽히고, 435nm에서 묽힌 지시약 X 용액의 흡광도를 측정한다.3. Data & Results염산용액에서의 흡광도 : 0.440Kind= [Ind-][H+]/[HInd]양변에 log를 취하면log Kind = log[Ind-]/[HInd] + log[H+]-pKa=log[Ind-]/[HInd]-pHpKa = pH - log[Ind-]/[HInd]{pH흡광도[Ind-]/[HInd]log[Ind-]/[HInd]pKa3.70.295(0.44-0.295)/0.295 = 0.492-0.3084.0084.00.2(0.44-0.2)/0.2 = 1.2000.0793.9214.30.182(0.44-0.182)/0.182 = 1.4180.1524.1184.60.133(0.44-0.133)/0.133 = 2.3080.3634.2374.90.088(0.44-0.088)/0.088 = 4.0000.6024.298pKa의 평균값=4.116{4. Discusson이번 실험은 지시약의 pH를 바꿔가면서 지시약의 흡광도를 측정하여 지시약의 pKa 값을 구하는 실험이였다. 이번실험은 분광광도계라는 기계가 흡광도를 측정함으로써 실험상 오차가 거의 일어나지 않았다고 보여진다. 그러나 이번 실험이 정량적인 것을 측정하는 실험이여서 용액을 만드는 과정에서의 오차는 실험결과에 커다란 영향을 미쳤을 것이라고 생각된다. 그래프 상에서도 pH 4일때 약간의 추세선의 범위를 벗어남을 보이고 있는데 용액 만드는 과정에서 정확한 비율로 섞이지 않았을 가능성이 높다.***분광광도법분광광도법은 전자기 복사선(Electromagnetic radiation)을 이용하여 물질의 특성을 규명하는 분석법이다. 전자기 복사선은 파장이 10-13∼10-8meter의 크기를 갖는 방사선에서부터 수 천 Km에 달하는 방송파까지 다양하지만 분광광도법에서 주로 이용하는 복사선의 종류는 자외선(Ultra violet, 10∼380nm), 가시광선(Visible light, 380∼750), 적외선(Infra red, 750nm이상)등이다. 한편, 빛은 파동성(Wave properties)과 입자성(Particle properties)을 동시에 지니며 그 자체가 복사에너지를 갖고 있기 때문에 물질과 어떤 작용을 주고받게 되는데, 분광광도법은 주로 분자단계에서의 물질이 복사선과 반응함으로써 나타나는 빛의 흡수 및 빛의 발산 현상을 통하여 물질의 특성을 규명하는 분석법이다.분광광도계의 원리분광분석법은 이미 설명한 것처럼 복사선의 방출, 흡수, 형광, 인광 및 산란 현상 등에 기초를 두고 있다. 각기 다른 현상을 보는 분광기기들은 외형적인 면에서는 서로가 다르게 보일지 모르지만, 상당히 비슷한 기본 부품들로 구 성되어 있다. 분광기기는 다음과 같은 5가지 부분장치로 이루어져 있다.1 광원: 안정한 복사에너지원2 파장 선택기: 측정에 이용하는 한정된 파장영역을 분리하는 장치3 시료용기: 시료를 담는 투명한 용기4 검출기: 복사선의 검출 또는 복사에너지를 유용한 신호(일반적으로 전기)로 변환5 신호처리 및 기록계: 신호처리 또는 기록계에 나타내는 독해 장치,파장 선택기, 검출기 및 신호 처리 기록계의 배열 순서는 각 기기가 모두 동일하다.가시광선은 전자기 복사선의 형태이고 매질을 통과하는 파로 볼수 있다.전자기 복사선은 소도, 주파수 및 파장 등으로 표시할 수 있고 전자기 복산선은 진공에서 3x10 m/sec 의 속도로 진행하고 주파수 와 파장 사이에 관계식은 다음과 같다.= c (빛의 속도 3 x 10 m/sec)백색광은 다색 방사이다. 이것은 가시광선의 모든 파장을 거의 같은 양 포함하고 있다. 단일파장의 빛을 단색 파장이라고 한다.색이 있는 물질을 다색방사에 놓았을 때 파장중 몇 개는 가하게 흡수한다.흡수된 빛의 양은 (1)파장 (2)빛이 통하는 시료의 두께 및 (3)빛을 흡수하는 용액내의 물질의 농도에 의존한다.▩ 흡광도법흡광광도법은 전자기 복사선을 시료에 조사하였을 때 시료를 투과하고 나오는 빛의 강도(I), 즉 광자에너지를 광전관에서 전기에너지로 전환함으로써 여러 분석에 응용한다. 한편, 시료의 흡광도(A)와 빛의 투과도(T)간의 관계를 살펴보면 시료의 농도가 높아 흡광도가 커지면 상대적으로 빛의 투과도가 작아지는, 즉 서로 반비례의 관계에 있기 때문에 A = -T = -(I/Io) 의 식이 성립한다. 투과도의 변화 폭을 줄이기 위해 log를 취하면 A=-log T=-log(I/Io) 식이 다시 성립된다. 이때 투과도에 100분율을 취한 것을 투과백분율(Transmittance)라한다. A=-log(%T/100) 이 때 시료에 흡수되는 빛의 양, 즉 흡광도는 시료의 농도(c) 및 통과하여야 하는 시료의 층 두께(l)에 비례한다.

자연과학| 2003.08.08| 5페이지| 1,000원| 조회(2,460)

평형상수, 산해리 평형, 화학및 실험

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[화학및 실험1] 물의 기화엔탈피와 엔트로피 측정

물의 기화 엔탈피와엔트로피의 변화결과 레포트실험일 : 7월 9일학과 : 공과대학 응용화학부학번 : 2001-13035이름 : 최혜민(6조)1. Abstract& Introduction물이 증발할 때는 엔트로피도 증가하고 부피도 증가한다. 이 때는 끌라뻬이용(Clapeyron) 식인 (dp/dT)coex = S / V 에서 dp/dT 값은 플러스가 되고 압력이 높아지면 끓는점도 높아진다. 이것이 압력솥의 원리이다. 이 원리를 R ln Pv = - H(1/T) + S 인 lausius-Clapeyron equation를 이용하여 물의 증발에 관한 엔탈피와 엔트로피 변화를 측정해 보는 것이 이번 실험의 취지이다. 그럼으로써 H와 S를 구해 추상적인 개념으로 느껴지던 엔트로피의 변화를 실험적으로 측정하게 되는 것이다.이 실험에서는 비커에 물을 넣고 물의 온도와 같게 되도록 피펫을 설치하고 그 피펫에서 고정된 몰의 공기의 부피가 물의 온도가 변함에 따라 어떻게 되는지를 측정하였다. 그 결과를 Clausius-Clapeyron equation를 통해서 계산하여 보고 그 사실을 확인한다. 또, 그 결과를 이론값과 비교하여 발생하는 오차 정도를 구하고 그 오차의 원인을 생각해 보았다.2. theoryClausius-Clapeyron equationEquilibrium Constant 와 the standard Gibbs free energy change사이에는 다음과 같이 관계식이 성립한다.Go = - RT ln K그리고, Gibbs free enengy 의 정의, G = H - TS로부터,Go = Ho - T Soln K = - ( Ho/RT) + ( So/R)이제 물이 증발하는 경우를 살펴 보면,H2O(l) H2O(g)이 경우의 열역학 평형상수 K = PH2O 된다.이 평형 상수 K를 대입하며 다시 정리하면, 다음과 같은 Clausius-Clapeyron 식을 얻을 수 있다.R ln P = - ( Ho / T ) + So3. Data & Results4oC일 때 피펫 내 공기의 부피: 0.5ml (4oC 의 물의 증기압 : 6.101mmHg)대기압 = 742mmHg = 0.97632 atmPv = P대기압 - P air = 0.97632 (1- {( { T } over { 277 } ){( { v } over { V } ))(T는 절대 온도 단위, v는 4oC에서 공기의 부피, V는 T온도에서 공기의 부피)에 대입하여 계산한 다음 증기압을 R ln Pv 와 (1/T) 에 대해서 plot하면 직선 모양이 얻어지며, 기울기는 Hvap 이고, y-절편은 Svap 이 된다.{온도(K)*************18313308부피(ml)0.780.730.680.660.630.610.6Pv(atm)0.212650.172420.126260.113860.086770.072050.07167RlnPv-12.8717-14.6154-17.2061-18.0656-20.3247-21.8704-21.91441 65( ) 의 Pv = 0.97632 * (1-(338/277)(0.5/0.78)) = 0.21265(atm)-> RlnPv = 8.3145 * ln0.21265 = -12.87172 60( ) 의 Pv = 0.97632 * (1-(333/277)(0.5/0.73)) = 0.17242(atm)-> RlnPv = 8.3145 * ln0.17242 = -14.61543 55( ) 의 Pv = 0.97632 * (1-(328/277)(0.5/0.68)) = 0.12626(atm)-> RlnPv = 8.3145 * ln0.12626 = -17.20614 50( ) 의 Pv = 0.97632 * (1-(323/277)(0.5/0.66)) = 0.11386(atm)-> RlnPv = 8.3145 * ln0.11386 = -18.06565 45( ) 의 Pv = 0.97632 * (1-(318/277)(0.5/0.63)) = 0.08677(atm)-> RlnPv = 8,3145 * ln0.08677 = -20.32476 40( ) 의 Pv = 0.97632 * (1-(313/277)(0.5/0.61)) = 0.07205(atm)-> RlnPv = 8.3145 * ln0.07205 = -21.87047 35( ) 의 Pv = 0.97632 * (1-(308/277)(0.5/0.60)) = 0.07167(atm)-> RlnPv = 8.3145 * ln0.07167 = -21.9144{이 그래프에서 기울기가 Hvap 이므로 Hvap = 33137 J / mol 이다.또 y-절편은 Svap 이므로 Svap = 84.564 J / mol 이다.R ln P = - ( Ho / T ) + So에서물의 증기압인 Pv를 1기압으로 놓으면 normal boiling point가 얻어 진다.Pv = 1atm으로 놓으면, 좌변 = 0이 되고 T = Hvap / Svap = 391.857K (물의 끓는 점)4 . Discussion이 실험은 끌라뻬이용식을 액체와 기체 사이의 변화에 적용시키고, 기체에 비해 액체의 부피를 무시하고 수증기에 이상기체 방정식을 만족시켜서 유도한 식으로 물의 기화 엔탈피와 엔트로피 변화를 우리 눈으로 직접 확인하는 실험이었다. 비교적 실험은 쉬웠지만 다소 어려운 식들이 나와서 실험을 이해하기가 힘들었다. 실험에서 가장 어려웠던 부분은 피펫의 눈금을 읽어야 하는 일이었는데 온도를 낮추는 과정 상에서 눈금을 읽는 실험이었기 때문에 정확한 눈금을 읽기가 어려웠다. 부피가 계속 변화는 도중이었기 때문이다. 이에 따라 부피 측정 상 어느 정도의 오차가 발생하였을 것이라고 생각할 수 있다.- 오차분석이론적인 물의 H와 S는H= 41000 J/mol H의 오차는 = 19.2%S= 110 J/mol k 이다. S의 오차는 = 23.1%- 오차의 원인1 5-ml 유리 피펫의 내부가 대기압과 같다고 가정하고 계산을 하였으나, 실제로는 피펫의 내부는 대기압보다 약간 높을 것이다.2 4도에서의 측정한 부피는 순수한 공기만의 부피라고 가정하였는데 순수한 공기뿐만 아 니라 수증기도 포함되어 있기 때문에 정확한 수치가 아닐 가능성이 있다. 왜냐하면 엄연 히 4도에서 수증기압이 존재하기 때문이다.3 계산 과정상에서 물의 증기압이 4 에서 0 이라고 가정했다. 실제로 4 에서 물의 증기 압은 6.101mmHg=0.00803 atm 정도이다. 이 정도의 크기가 정확히 어느 정도의 영 향을 미치는지는 확실하지 않지만 결과 처리 시 많은 오차를 가져올 수 있음은 알 수있다.4 실험 도중에 피펫의 벽에 물방울이 계속 생겼다. 피펫을 두들겨가며 물방울을 제거했지 만 그것이 모두 다 제거되지는 않았다. 이런 식으로 피펫의 온도가 내려가면서 물방울이 피펫 벽면에 생기는 것은 자연스러운 응축현상으로 볼 수 있는데, 이런 물방물이 다시 액 체 속으로 재빨리 합쳐지게 피펫 내부 벽면을 따라 아래 위로 길게 돌출부가 있었으면 좋 은 실험이 되었을 것이다. 이 물방울 또한 오차의 원인 중 하나일 수 있다.......이번 실험을 통해 잘 몰랐던 이론들을 실제로 눈으로 확인하면서 알아나가서 의미 있는 실험이었다. 또한 정말 추상적인 개념으로 생각되었던 엔탈피와 엔트로피를 측정할 수 있었다는 것에서 이번 실험은 정말 흥미로운 실험이었던 것 같다.-생각해볼 문제4 C의 물의 증기압을 측정하는 이유?--> 4 C에서 물의 밀도가 최대이다. 이러한 물의 성질은 물의 수소결합과 상관이 있다. 온도가 낮아짐에 따라 분자의 운동에너지가 감소하며 분자간 거리도 짧아진다. 그러다가 섭씨온도 4도에서 분자간 거리가 최소가 된다. 그러나 온도가 섭씨 4도 이하로 더 떨어지게 되면 분자간 반발력이 더 크게 작용하여 분자간 거리가 더 짧아지지 않는다. 액체상의 물이 얼게되면, 즉 고체로의 상전이가 일어나면 물의 밀도는 급격히 감소하는데 이는 얼음에서 물의 모든 수소결합이 생겨나서 물분자들이 6각형 고리모양으로 맞물린 배역을 하게 되고 거시적으로는 눈송이의 특징적인 육각 대칭의 모양을 갖는다. 이 때문에 부피가 급격히 커진다. 따라서 밀도가 감소한다. 섭씨 4도에서 물의 밀도가 가장 크기 때문에 다시 말해 질량이 일정하다면 부피가 가장 작기 때문에 상대적으로 유리 피펫에서 물이 차지하지 않는 공간이 가장 크다. 섭씨4도에서 공기가 차지하는 부피로 공기의 부분압력이 결정되고 물의 증기압이 결정된다. 결국 섭씨 4도에서 물의 증기압이 최소가 된다. 그렇기 때문에 4 C에서 물의 증기압을 측정한다.

자연과학| 2003.08.08| 5페이지| 1,000원| 조회(563)

엔트로피, 엔탈피, 물의 기화 엔탈피와 ?

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열전달 결과보고서

-열전달.1-결과ReportNo 1. Combined Convectionand Radiation실험일 : 4월 30일제출일 : 5월 21일수요일 8조2001 - 13035최혜민1.요약- 이번 실험은 대류와 복사의 방법에 의한 열 전달에 대해 생각해 보는 것이다. 실험 기기들이 좋아서인지 결과는 예상에 흡족하게 나왔지만 아직 배우지 않는 부분이어서 그런지 데이터처리와 결과분석이 조금은 많이 미흡한 듯하다.COMBINED CONVECTION AND RADIATION 실험에서는 Qin이 Qtot보다 항상 크게 나옴으로서 이상성에서 벗어나기는 하지만 또 다른 열 전달의 방법에 대해 생각해 볼 수 있었다.2.목차요약 및 목차1.서론2.배경이론-열전달실험식: 자연대류, 복사3.실험방법4.실험결과5.Discussion6.결론7. 참고문헌실험 1. COMBINED CONVECTION AND RADIATION1.서론열에너지가 공급되었을 때 실린더 내에서 자유대류와 복사에 의한 열 전달에 대하여 생각해 본다.(이때 물론 전도에 의한 열 전달도 일어나겠지만 이는 무시할 정도라고 생각하자.) 공급되는 열에너지를 변화시켜 가며 실린더 표면의 온도를 측정하며, 이 값을 이용하여 자유대류에 의한 열 전달과 복사에 의한 열 전달을 비교해본다.2.배경 이론(1) Fundamental laws열역학에서 the first law of thermodynamics(에너지 보존)은 열전달에서 기본이 되는 법칙이다. rate of creation of energy=0SIGMA { E_0} - SIGMA E_i + {DELTA E_s} over {DELTA t} =0여기서 E_0, E_i는 각각 에너지가 시스템 안으로 들어오는 속도와 나가는 속도를 나타내고 {DELTA E_s} over {DELTA t}는 시스템에 저장된 에너지의 변화율을 나타낸다. 유체에서의 열전달의 analysis에 필요한 법칙은 the principle of conservation of mass,rate of creartion oefficient of heat transferbar h와 hX의 관계는, bar h ~=~ 1 over As INT _{ As} hx~dAs이다.(3) Radiation heat transferradiation heat transfer는 분자, 원자, 전자의 진동, 회전에 의한 electro magnetic radiation의 transfer가 관여한다. 분자나 원자는 항상 움직이고 있기 때문에 물체에서 thermal radiation은 항상 일어나고 있다.thermal radiation의 매질은 진공, 기체, 액체, 고체 모두가 될 수 있으며 물질에 의해 흡수된 electromagnetic radiation은 내부에너지로 전환되고 이것은 전도에 의해 transfer되어 다시 물질 자체나 내는 electromagnetic radiation으로 돌아간다 absorptivity=α, reflectivity=ρ, transmission=τ라 하면 이 사이에는 α+ρ+τ=1 의 관계가 있다. 이 값들은 온도와 표면의 성질에 의존한다.두 물체 사이의 radiation heat transfer의 속도 Qr은 thermal radiation exchange의 net rate와 같다.즉, Qr=AS(EbS-EbR) --Qr : AS → AR 로의 radiation heat transfer 속도ASEbS : AS에서 방출, AR에 의해 흡수되는 thermal radiation 속도AREbR : AR에서 방출, AS에 의해 흡수되는 thermal radiation 속도Stefan-Boltzmann의 법칙 Eb=σTS4 -- Eb : total emissive powerTS : 표면 온도σ : Stefan-Boltzmann 상수에 의해 Qr=σAS(TS4-TR4)반대로 표면 AR에서 AS로의 radiation heat transfer 속도는 Qr=σAS(TR4-TS4)일반적으로 Qr=ASFS-R(EbS-EbR)=σASFS-R(TS4-TR4)FS-R : shape factor(혹서 원자(atomic) 및 분자활동(molecular activity)의 개념을 생각할 수 있다 .이런 방식의 열 전달이 원자 또는 분자수준에서 이루어지기 때문이다. 전도 는 매질내의 좀더 활발한 입자 사이의 상호작용에 의한 입자간의 에너지전 달로 생각할 수 있다. 위에서와 같이 서로 다른 온도로 유지되는 두 표면사이에 기체로 채워진 공간을 생각해보자. 임의의 점에서 온도와 그 점 가까이 있는 기체분자의 에너지는 분자의 내부회전과 진동운동 그리고 불규칙적인 병진 운동에 관련 있다. 이때 고온은 높은 분자에너지와 연관되며, 인접 분자들이 계속적으로 충돌 할 때, 좀더 운동이 활발한 분자로부터 덜 활발한 분자로 에너지전달이 일어난다. 온도구배가 존재할 때, 좀더 운동이 활발한 분자로부터 덜 활발한 분자로의 에너지 전달이 일어난다. 전도의 예로서, 뜨거운 커피 잔에 갑자기 잠겨진 금속 스푼된 끝은 스푼을 통 한 에너지 전도에 의해서 뜨거워진다. 겨울에 가열된 방으로부터 바깥공기로의 많은 에너지손실이 있다. 이것은 방안의 공기와 바깥공기를 구분 짓는 벽을 통 한 전도 열전달에의한 것이다. 여기서, 적당한 비율방정식을 정량화할수 있다. 이방정식은 단위시간당 전 달된 에너지의 양을 계산할 수 있다.2.대류:대류열전달 방식은 두 가지 기구들로 이루어져있다. 불규칙 분자운동(확산)에 의한 에너지전달에더하여 또한 유체의 집단 또는 거시적인 운동에 의한 에너지 전달이 존재한다.이러한 유체운동은 어느 순간에 다수의 분자들이 총체적으로 또는 집단적으로 움직이는 것이다. 온도구배가 존재하는 경우에 이러한 운동은 열 전달을 발생시킬 것이다. 집합체내의 분자들이 불규칙운동을 유지하기때문에,이때의 총 열 전달은 분자들의 불규칙 운동에 의한 에너지전달과 유체의 집단운동에의한 에너지전달의 중첩이 될 것이다. 이러한 중첩전달을 보편적으로 대류(convection)라고 하며, 집단 운동만에 의한 전달은 유동대류 (advection)라고 한다. 대류전달은 유동의 성질에 따라 분류될 수 있다. 유동되었다. 여기에서 첨자 D는 모든 물성치들의 값이 온도 T_D = { T_s + T_a} over {2}로 구해져야 함을 명시한다. 무차원의 곱Cr_D Pr_D는 rayleigh 수 Ra _ D로 잘알려져 있다. rm N u_m ~=~C (Ra_D )^ng = 9.81 (m/s²)beta = 1 over T_D; volume expansion coefficient (1/K)nu=Dnyamic viscosity (m²/s)k =Thermal conductive (w/mK)Q = POWER =V I여기에서는 이방법 이외에도 ...rm Hc_m ~=~ 1.32{[{(Ts~-~Ta) over D}]}^0.25이 식을 이용하여 값을 구해 서로 비교해 보도록 한다.--복사rm Hr_m ~=~ sigma` xi` F` { Ts^4 - Ta^4} over {Ts - Ta }sigma= Stefan - Boltzmann 상수 = ( { pi } over {c_2 } ) { c_1} over {15 }=5.67 TIMES10^-8 W/m^2 K^4(C1.C2는 Plank 법칙에 사용된 값들)xi=Emissivity of sufaceF = 1 = view FactorTs= 실린더의 표면 온도 (K)D= 실린더의 지름 (m)L=가열된 실린더의 길이Ta=공기 온도 (K)A_S=( pi D L)Q_c = Hc_m As(Ts -Ta)Q_r = Hr_m As (Ts -Ta)Q_tot = Q_c + Q_r3.실험과정1.HT14 Combined Convection 과 Radiation accessory를 적당한 bench 위에 놓여진 HT10X Heat Transfer Service Unit 옆에 위치시킨다.2.가열된 실린더에 연결된 열전대를 service unit앞에 있는 T10 소켓에 연결시킨다.3.팬 앞의 스로틀 판을 열고 공기가 팬의 창틀안으로 들어가게 하되 본관을 팬에서 소켓 으로 연결해서는 안된다.4. VOLTAGE CONTROL potentiomete를 최소한으로 조절하고 선택스 1 * ((543.65)^4 - (292.45)^4) / (543.65 - 292.45)= 16.951ⓒ As 구하기As = ( π D L )* As = π * 0.01 * 0.07 = 0.0022ⓓ Qc 구하기.Qc = Hc As (Ts-Ta)* Qc = 14.98 * 0.0022 * (543.65 - 292.45) = 8.2785* Qc = 16.62 * 0.0022 * (543.65 - 292.45) = 9.1840ⓔ Qr 구하기Qr = Hr As (Ts-Ta)* Qr = 16.951 * 0.0022 * (543.65 - 292.45) = 9.3678ⓕ Qtot 구하기Heat flowQ25.68 WattHeat transfer area(surf.area)As0.0022Heat transfer coeff.(natural conv.)14.98, 16.62Heat transfer coeff.(radiation)16.951Heat transferred by natural conv.8.2785, 9.184(W)Heat transferred by radiation9.3678(W)Total heat transferred17.6463,18.5516(W)Qtot = Qc + Qr* Qtot = 8.2785 + 9.3678 = 17.6463* Qtot = 9.184 + 9.3678 = 18.5516ⓖ Qin 구하기Qin = V I* Qin = 12 * 2.155 = 25.68Heat flowQ44.96 WattHeat transfer area(surf.area)As0.0022Heat transfer coeff.(natural conv.)15.51/17.83Heat transfer coeff.(radiation)23.82Heat transferred by natural conv.11.3609/13.0602(W)Heat transferred by radiation17.4479(W)Total heat transferred28.8088/30.5081(W)Heat flowQ69.

공학/기술| 2003.06.08| 14페이지| 1,000원| 조회(464)

실험, 열전달, 화공현상

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