화공기초실험 | 증기 액체 평형

 

 

 

불변 끓는점 혼합물

많은 액체들이 이상적 모양의 온도-조성 상평형 그림을 나타내지만 이상성으로부터 현저하게 벗어나는 행동을 하는 액체도 많다. 일부의 액체들은 Raoult의 법칙에서 예측하는 것보다 낮은 증기압을 가지는 혼합물을 형성하기도 한다. 이들 비이상용액은 성분간의 유사한 상호작용 때문에 음의 벗어남(negative deviation)을 보인다. 낮은 증기압을 갖는다는 것은 높은 끓는 온도를 갖는다는 것을 의미하며 이와같은 물질들의 혼합물은 예측한 것보다 높은 온도에서 끓는다. 이 벗어난 정도가 매우 클 때 혼합물의 끓는 온도는 순수성분들의 끓는 온도보다 높아져 높은 끓는점을 갖는 불변 끓음 혼합물(maximum boiling azeotrope)이 얻어진다(Figure 2참조).

 

일부 액체들의 혼합물은 Raoult의 법칙에서 예상되는 것보다 더 큰 증기압을 갖는다. 이와같은 비이상용액에서의 양의 벗어남 (positive deviation)을 나타내고 있다. 이와같은 혼합물에서는 분자들이 서로 반발하는 상호작용을 가짐으로써 이상용액보다 더 쉽게 증발하는 경향을 가지고 있다. 더 높은 증기압을 나타내는 물질은 보다 낮은 끓는 점을 가지기 때문에 이와 같은 비이상성을 갖는 혼합물은 예상보다 낮은 온도에서 끓게 된다. 떄로 벗어남이 너무 커서 끓는점 곡선이 최저점을 갖게 되는데 이와같은 조성의 혼합물은 각각의 순수한 성분보다도 낮은 온도에서 끓는다. 이와 같은 현상을 보이는 혼합물을 낮은 온도에서 끓는 불변 끓음 혼합물(minimum boiling azeotrope)을 형성한다고 말한다(Figure3 참조).

 

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 벤젠 50㎖에 알콜을 조금씩 첨가하는 실험을 하였다.

 

2) 끓는점 측정장치를 적당한 클램프를 사용하여 수직 받침대에 조립하였다. 그리고 냉각기와 수도꼭지에 고무관을 연결하였다.

 

3) 플라스크를 글라스-콜 가열 망태기를 싸고 가열할 수 있도록 하고 끓임쪽을 넣어서 너무 심하게 끓어 넘치는 것을 방지 하였다.

 

4) 메탄올 50㎖를 넣어서 일정한 온도에서 상당히 활발하게 끓을 때까 지 가열한다. 그리고서 이 용액에서 나온 증기액이 냉각기 아래에 모이면 채취하고, 이 때 플라스크에 있는 용액도 채취하였다(시료 채취 때에는 반드시 가열하지 않은 상태에서 하였다.). 이 때의 온도를 측정하였다.

 

5) 채취한 시료는 1/2온스 짜리 병에 넣고 마개를 하여 선택적으로 증발하는 것을 방지하였다. 그리고나서 벤젠을 3㎖를 가하고 다시 가열을 시켰다.

 

6) 충분히 끓도록 하여서 이 때의 온도를 측정한 후 같은 방법으로 시료를 채취한 후 Table 2. 와 같이 벤젠을 넣어서 그 때의 끓 는점을 확인하고 플라스크에 남아있는 용액과 증기액을 채취하였다. 다음으로 벤젠 50㎖를 넣고 메탄올을 사용했을 때와 같은 방법으로 처음은 벤젠을 충 분히 끓이고, 그 후 메탄올을 Table 2.에 나온 만큼 조금씩 가하여 그 때의 끓는 점과 액상 및 기상일 때의 시료를 채취하였다.

 

7) 채취한 시료를 Abbe 굴절계를 사용 하여 굴절률을 측정하였다.

 

8) 메탄올과 벤젠에 대한 굴절률-조성곡선을 작성하기 위 하여 Table 3.에 나온 조성으로 시료를 만들어서 Abbe 굴절계를 이용하여 굴절 률을 측정하였다.

 

9) 위의 표에 대한 굴절률을 확인하여 실험에서 나온 굴절률과 비 교하여 조성을 구할 수 있었다.

 

	메탄올 50㎖에 가하는 벤젠의 양	벤젠 50㎖에 가하는 메탄올의 양
1	- (순수한 메탄올)	- (순수한 벤젠)
2	3㎖	0.3㎖
3	3㎖	0.8㎖
4	6㎖	1.5㎖
5	6㎖	3㎖
6	10㎖	4㎖
7	10㎖	8㎖
8	10㎖	10㎖
9	10㎖	10㎖

Table 4. 순수한 용액에 가하는 다른 용액의 양

  

시료번호	시료의 조성
1	순수한 메탄올
2	순수한 벤젠
3	메탄올 5㎖ + 벤젠 1㎖
4	메탄올 4㎖ + 벤젠 2㎖
5	메탄올 3㎖ + 벤젠 3㎖
6	메탄올 2㎖ + 벤젠 4㎖
7	메탄올 1㎖ + 벤젠 5㎖

Table 5. 굴절률을 구하기 위해 필요한 시료의 조성

 

 

 

[화공기초실험]증기 액체 평형 레포트