물리화학실험 | 평형의 결정 - 수용액에서 활성탄에 의한 유기산의 흡착

 

 

 

TIP

 

 

1. 일정한 온도에서 용질 농도의 함수로 수용액과 활성탄 표면 사이에서의 유기산의 평형 분배를 결정한다.
2. 활성탄과 흡착의 정의를 알고 흡착등온식을 이용하여 흡착평형상수와 흡착률 구해본다.

 

 

 

흡착 (吸着, adsorption)

기체나 액체상태의 물질이 물리적 힘이나 또는 화학적 힘에 의하여 다른 물질의 표면에 달라붙는 현상. 즉, 2개의 상(相)이 접할 때, 그 상을 구성하고 있는 성분물질이 경계면에 농축되는 현상이다. 대표적인 예로는 오래전부터 쓰인 숯이 있는데, 간장에 넣어 불순물을 제거해 주는 역할을 한다.

 

용질이 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. 예를 들면, 숯은 가장 오래전부터 쓰인 흡착제이며 특히 흡착력을 강하게 한 활성탄 등으로 사용된다. 그 밖에 각종 금속의 산화물, 특히 활성알루미나·실리카·산화타이타늄 등이 있고, 천연적인 것으로는 벤토나이트·산성백토·규조토(珪藻土) 등이 알려져 있다.

흡착은 표면현상인데 흡착에 의하여 다량의 기체나 액체로부터의 물질이 물리적 혹은 화학적 힘에 의하여 표면에 붙어 있다. 흡착은 고체나 액체의 표면에서 일어나는데 표면의 종류와 흡착에 작용하는 힘의 형태에 따라서 흡착된 분자들이 한층 혹은 여러 층을 만든다. 흡착의 범위는 표면의 형태뿐만 아니라 그 자체의 표면적에 따라 달라지므로 어떤 주어진 물질에 대한 표면적이 크면 클수록 흡착이 많이 일어난다. 액체는 표면이 매끄러우므로 고체에 비하여 그 흡착력이 한정된다.

 

고체는 잘게 나누어 질 수 있고 흡착에 유리한 갈라지고 깨진 금들이 많이 있다. 가장 좋은 흡착제는 잘게 나누어지는 물질이고 그런 물질은 g당 1,000평방미터나 그 이상의 면적을 가진다. 가장 유용한 고체 흡착제 중에는 실리카겔(SiO₂)과 활성탄이 있다. 이 물질들은 아주 잘게 나누어질 수 있어서 흡착할 수 있는 표면적이 아주 크다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정-1

1) Acetic acid 0.5N, 0.25N ① 각 250㎖씩 0.125N, 0.0625N, 0.03125N ② 각 500㎖ 씩 제조.

 

2) ①에 활성탄 2g ②에 활성탄 4g 넣고 하룻밤 방치.

 

3) solution을 filter paper로 거른다.(감압여과)

 

4) 0.03N HCl 15㎖를 0.1M NaOH로 표준화.

 

5) 0.5N 5㎖, 0.25N 10㎖, 0.125N 25㎖, 0.0625N 50㎖, 0.03125N 50㎖ 를 NaOH로 적정한다.

 

2. 실험 과정-2

1) 아세트산 용액(8.4㎖)을 100㎖ 부피 플라스크에 넣고 증류수로 표시선까지 채운다.(몰농도 구하기)

 

2) 농도가 다른 아세트산 용액을 준비 (각각 몰농도 계산)

 

3) 활성탄 2g을 정확하게 측량하여 각각 용액에 넣은 후 각각 용액이 평형에 이를 때까지 2시간 정도 방치해 둠 (평형을 돕기 위해 가끔씩 흔들어줌)

 

4) 피펫(10㎖)에 5개의 아세트산 용액(30㎖씩)을 빨아올려 유리솜이 채워진 capillary를 연결하여 100㎖ 삼각플라스크에 주입 한 후 페놀프탈레인 용액을 2～3방울 넣어줌.

 

5) 표준화 된 NaOH 용액으로 적정한다. 이때 적정할 시료의 양은 산 용질의 농도에 따라 변한다. 0.5N 산에서는 5㎖ 취하는 것이 가장 좋고, 0.25N 과 0.175N 은 10㎖ 취하고, 0.125N은 25㎖ 취하며, 마지막 세 개는 50㎖ 씩 취하는 것이 가장 좋다.

 

6) 적정량을 측정하여 흡착 전, 흡착 후의 아세트산 몰농도, 흡착된 아세트산의 질량을 구한다.

 

7) Freundlich 흡착 등온식과 Langmuir 흡착 등온식을 이용하여 흡착 평형상수와 흡착률을 구함.

 

 

 

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