물리화학실험 | 순수 액체의 증기압 측정

 

 

 

TIP

 

 

액체의 증기압을 동적인 방법을 통해서 약 300 mmHg에서 760 mmHg의 범위에 걸쳐서 측정하고, 증기압 자료로부터 평균증발열을 계산해 보이는데 있다.

 

 

 

그릇에 물을 담아 두면 시간이 흐름에 따라 그 양이 점점 줄어, 결국 모두 없어진다. 이것은 표면의 물 분자가 인력을 극복하고 떨어져 나가 기체가 되기 때문인데, 이를 증발(evaporation)이라 한다.

 

만약 물이 담긴 그릇에 뚜껑을 덮어두면, 물의 양이 처음에는 조금 줄어들지만 어느 정도 지나면 더 이상 줄어들지 않는다. 즉, 처음에는 뚜껑이 없을 때와 마찬가지로 증발이 일어나지만, 밀폐된 공간에서 기체 상태의 물이 많아지면 그 중 일부는 다시 액체 상태로 되돌아간다. 일정한 시간이 지나면 액체 상태에서 기체 상태로 되는 분자 수와 기체 상태에서 액체 상태로 되는 분자 수가 같게 된다.

 

증기압

이처럼 서로 반대되는 두 변화가 같은 속도로 진행되는 상태를 동적 평형 상태라 한다. 동적 평형 상태에서는 기체 분자의 수가 일정하게 유지되므로 이 기체의 압력도 일정한데, 이를 증기압이라 한다. 어느 온도, 압력에서 1성분계로 기액의 양쪽 상이 공존할 때 그 증기를 포화 증기라고 말하고 이때의 온도가 포화 온도 또는 비점이면 그 압력을 포화 증기압 (또는 단순히 증기압) 이라고 한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 가열은 가열 맨틀과 파워스타트를 써서 하는 것이 가장 좋다. 너무 심하게 끓는 돌비 현상을 방지하기 위해서 끓임 쪽 또는 기타장치가 필요하다. 발라스트(Ballast)병은 테이프로 완전히 감아서 더욱 안전하게 하여야 한다. 온도계의 수은주 부분은 액체 속에 잠겨 있어야만 읽은 온도가 특정 압력 하에서의 액체의 실제 끓는점과 같다.

 

2) 온도는 ±0.1°C까지 읽는다. 온도계가 끓고 있는 액체와 접하고 있는 증기에 상당히 길게 노출되어 있으므로 온도계의 노출부에 대한 보정(stem correction)을 해줄 필요가 있다. 따라서 노출된 온도계 주위의 공기 온도 및 매개 위로 노출된 부분 중 가장 낮은 온도 눈금을 읽어서 기록해 두어야 한다.

 

3) 계의 전체 압력(이것이 액체의 증기압이다)은 마노미터(액주 압력계)의 양쪽 관의 수은 주의 높이 차를 읽어서 이것을 대기압에 더하거나 빼면 된다. 장치 안의 압력이 대기압보다 높으면 차를 대기압에 더하고, 압력이 대기압보다 낮으면 차를 빼야 한다. 발라스트병과 연결된 관의 입구에 물 아스피레이터나 또는 진공펌프를 달면 장치 안의 압력을 대기압보다 낮출 수가 있다.

 

4) 실험용으로 택한 액체는 플라스크 속에 깊이가 약 4cm 되도록 넣고, 끓임 쪽을 넣은 다음에 마개와 온도계를 끼운다.

 

5) 냉각기를 수도꼭지에 연결한다.

 

6) 장치 안의 압력이 약 400 mmHg까지 감소되도록 계를 배기시킨 다음 스톱 코크를 닫고 액체가 천천히 끓을 때까지 가열한다. 끓을 때 온도는 일정하게 유지되어야 한다. 액체의 온도, 실온, 마노미터 양쪽 관의 수은주의 높이 및 대기압을 기록한다.

 

7) 스톱코크를 천천히 조심스럽게 열어서 압력을 약 30 mmHg 정도 증가시키고 다시 끓는점을 측정한다.

 

8) 대기압보다 높은 압력에서 실험하려고 하면 온도계와 매개를 실험 장치에 철사로 꼭꼭 묶어서 튀어나가지 않도록 해 놓은 다음에 수동식 펌프를 사용해서 장치 속의 압력이 대기압을 더해서 약 1300 mmHg되도록 한다. 계속해서 압력을 30 mmHg 정도씩 감소시키면서 각 압력에서의 끓는점을 측정한다.

 

 

[물리화학실험]순수한 액체의 증기압(The Vapor Pressure of a Pure Liquid) 1부

 

 

[물리화학실험]순수 액체의 증기압 측정 레포트