일반화학실험 | 증발 - 물의 수증기압

 

 

 

TIP

 

 

1. 온도별 물의 수증기압을 측정하여 공기의 부분압력과 수증기의 부분압력을 구하고 물의 몰 기화열(△H_vap)을 구할 수 있다.
2. 2L 비커안에 10㎖ 눈금실린더에 있는 기체가 온도 변화에 따라 달라지는 부피를 측정하여 특정온도에 따른 증기압을 구한다.(이렇게 구한 증기압으로 InP 대 1/T의 도시로 물의 몰 기화열 △H_vap를 구할수 있다.)

 

 

 

실험 배경

액체 상태의 분자는 고체상태의 분자처럼 고정되어 있는 상태가 아니다. 액체상태의 분자들은 기체 분자처럼 완전히 자유롭지는 않지만 일정하게 운동하고 있다. 액체상태의 분자가 액체 표면으로부터 벗어나기에 충분한 에너지를 가지게 되면 증발(evaporation) 또는 기화(vaporization)같은 액체가 기체로 전이되는 과정이 일어나며 온도가 높을수록 운동에너지가 커지기 때문에 더 많은 분자가 기체로 전이될 수 있다. 액체가 기화될 때, 기화되는 기체분자는 증기압(vapor pressure)을 나타낸다. 분자가 액체 상태를 떠나면서 증기상이 형성되고, 상당량의 증기가 존재하게 되면 증기압을 측정 할 수 있고 기화과정과 독적인 평형상태 또한 진행된다.

 

초기에는 증발이 우선적으로 일어나지만, 액체 위의 공간에 있는 증기상의 분자들이 농도가 증가하면서 응축되어 다시 액체상으로 되돌아가게 된다. 일정한 온도에서 증발과 응축은 동적평형(dynamic equilibrium) 상태이며 평형 증기압(equilibrium vopor pressure)은 응축과 증발사이에 동적 평형이 존재할 때 측정된 증기압을 말한다. 액체에서 액체 1몰을 기화시키는데 필요한 에너지로 정의되는 몰 기화열(molar heat of vaporization, △H_vap)은 분자간 힘의 세기의 척도로 사용되는데, 몰 기화열은 액체에 존재하는 분자간의 힘의 세기에 연관되어 있다. 분자간 인력이 강할수록 액체 상에서 분자를 자유롭게 이탈시키는데 많은 에너지를 필요로 하며 낮은 증기압과 높은 몰 기화열을 갖게 된다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 2L 비커에 증류수를 반쯤 채운다.

 

2) 10㎖ 눈금 실린더의 90% 정도를 증류수로 채운다.

 

3) 손가락으로 눈금 실린더의 입구를 막고 2L비커에 거꾸로 세운다. 시험관 집게와 클램프를 이용하여 수직으로 스탠드에 고정시킨다. 3∼4㎖ 정도의 공기가 실린더 속에 존재해야만 한다.

 

4) 2L비커에 증류수를 거의 채운다.

 

5) 비커를 hot plate에서 가열하여 80℃ 정도 되게 한다.

 

6) 가열을 멈추고, 특정 온도가 되면 눈금 실린더의 기체 부분의 부피를 측정한다.

 

7) 수온이 ∼50℃ 정도까지 10℃간격으로 측정한다.

 

8) 얼음을 이용하여 수운을 5℃ 이하로 낮춘 후 기체 부분의 부피를 측정한다.

 

9) 대기압을 측정한다. → 기압계

 

10) 각 온도에서의 물의 부분압력을 구한다.

 

11) 자료로부터 물의 몰 증발열을 계산한다.

 

 

 

[일반화학실험]증발 - 물의 수증기압 레포트