일반화학실험 | 물의 기화 엔탈피와 엔트로피 변화의 측정

 

 

 

 

TIP

 

 

1. Clausius-clapeyron equation을 이해하고, 온도에 따른 물의 증기압을 이용해서 물의 기화 엔탈피와 엔트로피를 계산해 보자
2. 본 실험은 온도 변화에 따른 물의 증기압 변화를 측정하고, 이를 이용하여 물의 기화 엔탈피와 엔트로피 변화를 구하고자 하는 실험이다

 

 

 

엔탈피 (Enthalpy)

일정한 외부 압력 하에서 계의 부피가 자유롭게 변할 때는 계의 내부 에너지 변화가 열로서 공급된 에너지와 같지 않게 된다. 요컨대, 열로서 공급되는 에너지의 일부가 주위를 밀어내는 데 필요한 일로 변환된다. 그러나 일정 압력 하에서는 가해진 열이 계의 엔탈피 H 라고 하는 열역학적 성질의 변화와 같게 된다. 이 엔탈피 변화는 다음과 같이 정의 된다.

 

H = U + pV

 

여기서 p는 계의 압력이며, pV는 임의의 계에 대한 H를 정의하는 데 필요한 항으로서 완전 기체가 아닌 계의 H를 정의하는 데고 이 항이 들어간다. 내부 에너지와 마찬가지로 엔탈피도 계의 현재 상태에만 의존하며 따라서 상태 함수이다. 다른 상태 함수들과 마찬가지로 어떤 처음 상태와 최종 상태 사이에서의 엔탈피 변화는 이 두 상태사이의 경로에 무관하다

 

 

엔트로피 (Entropy)

어떤 물리계 내에서 일하는 데 사용할 수 없는 에너지를 나타내는 하나의 척도로, 일은 질서로부터 얻어지기 때문에 엔트로피의 양은 그 계의 무질서나 무작위의 정도를 나타내는 것이기도 하다. S는 계의 현재 상태에 따라 결정되기 때문에(현재 상태에 이르기 위해 어떤 경로를 택하느냐에 상관없이) 가변적인 상태, 즉 상태함수이다.

 

모든 자연과정은 비가역적이며, 반드시 엔트로피가 증가하게 되어 있다. 엔트로피의 개념은 1850년에 독일의 물리학자인 루돌프 클라우지우스에 의해서 처음 제안되었는데 때때로 열역학 제2법칙의 형태로 표현된다. 이 법칙에 따르면 고온과 저온의 기체가 저절로 혼합될 때나 기체가 진공 내로 확산하여 갈 때 또는 연료가 연소할 때와 같은 비가역 과정에서는 엔트로피는 증가한다고 알려져 있다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 1000㎖ 비이커에 3/4정도 물을 담고 온도계로 온도를 측정하면서 Hot plate에서 약 95℃까지 가열한다. (물의 온도가 잘 오르지 않아 Hot plate대신에 전기 곤로를 썼다.)

 

2) 다른 100㎖ 비이커에 얼음을 가득 넣고 증류수를 3/4정도 채운 시험관을 얼음 속에 담근후 온도계로 시험관안의 증류수의 온도를 측정한다.

 

3) 끝이 막힌 5㎖ 유리 피펫의 눈금이 없는 부분의 부피를 안다.

 

4) 유리 피펫을 휴지로 닦은 후, 유리 피펫에 증류수를 약 3/4정도 채운 다음 입구를 막고 뒤집어 공기방울이 막은 쪽으로 가게 하여 시험관에 넣는다.

 

5) 시험관 안의 증류수의 온도가 약 4℃정도 일 때 유리 피펫 윗 부분에 있는 공기방울이 있는 곳의 눈금을 측정한다.

 

6) 시험관과 온도계, 5㎖ 유리 피펫을 통째로 물중탕으로 옮겨서 물의 온도가 90℃이상이 되도록 한다. 물중탕의 물의 온도가 90℃이상이 되면 시험관과 온도계, 5㎖ 유리 피펫 세트를 물중탕에서 꺼내어 식힌다. 그리고 45℃가 될 때 까지 5℃간격으로 피펫 윗부분 공기방울의 부피를 측정한다. (이때 온도가 잘 내려가지 않아 사용한 얼음물에 시험관 세트를 담궜다.)

 

 

 

[일반화학실험]물의 기화 엔탈피와 엔트로피 변화의 측정 레포트