화공기초실험 | 액체의 상호 용해도

 

 

 

일정온도와 압력에서 가량 물과 에틸에테르를 섞으면 소량의 에테르가 녹아 있는 물 층(하층)과 소량의 물이 녹아있는 에테르 층(상층)의 두 액상으로 분리되어 액-액 평형을 이룬다. 이러한 액액계를 공액용액(conjugate solution)이라고 하고, 각각의 액체에 대한 다른 액체의 용해도를 상호용해도(mutual solubility)라 한다. Gibbs의 상률(phase rule)에 따르면 이러한 공액용액의 자유도는 2이다.

 

F = C + 2 - P = 2 + 2 - 2 = 2

F = 자유도 C = 성분의 수 P = 상의 수

 

따라서, 압력이 일정할 때의 상호용해도는 온도의 함수이다. 일반적으로 온도를 상승시키면 상호용해도가 증가하는데, 어떤 온도 이상에서는 임의 비율로 완전 혼합되어 하나의 상이 된다. (즉 두 상의 조성이 같게 되어 액체는 균일상이 된다.) 이때의 온도를 상부 임계공용온도(upper critical solution temperature)라 한다.

 

그러나 임계상태에서는 자유도가 3이 되므로, 임계공용온도는 조성에 따라 달라진다. 한편, 물-트리에틸아민계는 반대로 온도를 하강시키면 하나의 상이 되는데, 이때의 온도를 하부 임계공용온도(lower critical solution temperature)라 한다. 물-니코틴계는 이 두 가지 임계공용온도가 모두 존재한다. 본 실험에서는 물-페놀계의 상호용해도를 측정하고 임계공용온도를 조사한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 마개가 있는 시험관을 세척 건조하여 미리 칭량해 둔다.

 

2) 시료 혼합액을 조제한다.

 

3) 시험관을 물중탕 장치에 담그고, 물을 조용히 교반하면서 시험관을 잘 흔든다.

 

4) 온도가 상상하여 페놀의 백침이 없어져서 균일상이 될 때의 온도(t₁)을 읽어서 기록한다.

 

5) 가열을 중지하여 온도가 내려갈 때, 백침이 생기는 온도 (t₂)를 읽어서 기록한다.

 

6) 이 두 온도값의 평균치를 이 농도에서의 임계공용온도 t_c로 한다.

 

7) 다른 농도에 대해서도 마찬가지로 실험하여 임계공용온도를 구한다.

 

 

[화공기초실험]액체의 상호 용해도

 

 

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