화학생물공정실험 | Liquid Diffusion Coefficient

 

 

 

실생활에서 이루어지는 대부분의 화학공정은 유체 상태의 반응물을 기초로 이루어진다. 이는 유체의 균질성 및 비교적 편리한 활용성에 의한 경우가 많으며 이외에도 유체의 여러 가지 성질은 공정의 모델 및 설계에 큰 영향을 주는 변수가 된다. 한편 이러한 유체의 성질 중 가장 핵심적인 것 중 하나는 바로 유체의 확산도라고 할 수 있다.

 

반응공학 자체가 물질의 변화와 분포에 초점이 맞춰져 있는 만큼 유체의 분포를 결정짓는 확산도는 반응설계에 있어서 절대로 빠져서는 안 되는 필수불가결한 요소 중 하나아다. 본 실험에서는 2M 수용액에서 NaCl의 확산상수를 결정함으로 확산상수의 의미를 살펴보기로 한다.

 

본 실험에서는 Diffusion Cell에서 일어나는 Na⁺/Cl^- 이온의 Diffusion을 Conductivity 측정을 통해 관찰하였다. Conductivity 측정을 통해 정량화된 데이터의 계산으로 Na⁺/Cl^- 이온의 평균 Diffusion Coefficient를 구하였고 이를 이론 값과 비교함으로 이론 식의 성립을 확인하였다.

 

비록 계산된 Diffusion Coefficient 값은 여러 가지 요인에 의해 이론 값과 꽤 큰 오차를 보였지만 대체적으로 Order of Magnitude 내에서 같은 값을 보였기 때문에 이론 식의 성립과 Diffusion의 존재를 확인할 수 있었다. 한편 오차 분석을 통해 Stirring Effect, Relaxation Effect, Electrophoretic Effect, Temperature Deviation, Failure of Experimental Diffusion Equation 등이 본 실험에서 생긴 오차의 주된 요인임을 알 수 있었다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 셀을 2M NaCl로 채운다.

 

2) 셀을 끝까지 채우고 Filter Paper로 셀의 바깥과 모세관의 위에 묻은 용액을 닦아준다.

 

3) 모세관의 윗부분이 용기의 5mm밑에 오도록 하고 용기에 표시된 눈금과 평행하도록 셀을 위치에 고정시킨다.

 

4) 용기를 1L의 증류수 (or deionized water) 로 눈금까지 채운다. (모세관의 표면보다 5mm 위)

 

5) Leads를 사용하여 Conductivity Meter를 Electrodes에 연결한다. 초기에는 10-4 Ω-1 이하의 전기전도도가 측정되어야 한다.

 

6) Stirrer의 전원을 켜서 Filter 표면에 약간의 교반이 일어나게 한다. 주기적 (20초)으로 전기전도도를 측정한다.

 

 

 

[화학생물공정실험]Liquid Diffusion Coefficient 레포트