Exp 4. Phase Diagram by Differential Scanning Calorimetry

문서 내 토픽

1. DSC(Differential Scanning Calorimetry)

DSC는 sample과 reference를 용해로에 넣고 일정한 heat flux를 적용하여 두 물질의 온도 상승 또는 하강을 서로 동일하게 유지하는 기술이다. sample이 상전이를 겪는 경우, 전이가 흡열인지 발열인지에 따라 열이 가해지거나 방출되며, DSC는 이러한 heat flux를 시간 또는 온도의 함수로 기록한다. 급격한 heat flux 변화는 상전이를 의미한다.
2. Indium, Naphthalene, p-DCB의 열적 특성

실험에서 Indium, pure Naphthalene, pure p-DCB, 그리고 이들의 다양한 조성 혼합물의 DSC thermogram을 얻었다. Pure 물질의 경우 1개의 피크가 나타났지만, 혼합물에서는 2개의 피크가 나타났다. 이는 두 물질이 순차적으로 녹기 때문이다. 몰분율 0.5 혼합물에서는 1개의 피크만 나타났는데, 이는 두 물질이 동시에 녹는 공융점이 발생했기 때문이다.
3. 열융해열 및 녹는점 측정

각 물질의 열융해열(ΔHfus)을 계산한 결과, Indium은 26.14 J/g, pure Naphthalene은 146.26 J/g, pure p-DCB는 111.80 J/g으로 나타났다. 이를 문헌값과 비교했을 때, p-DCB는 더 큰 값을, Naphthalene은 더 작은 값을 보였다. 각 물질의 녹는점(Tm) 또한 측정되었는데, Indium은 155.99°C, pure p-DCB는 49.73°C, pure Naphthalene은 76.26°C로 나타났다.
4. 어는점 내림 상수(kf) 및 활동도 계수(γ) 계산

Naphthalene-p-DCB 혼합물의 어는점 내림 상수(kf)를 계산한 결과, p-DCB는 5.926 K·kg/mol, Naphthalene은 9.079 K·kg/mol로 나타났다. 이는 문헌값보다 p-DCB는 더 크고, Naphthalene은 더 작은 값이다. 또한 혼합물 내 각 물질의 활동도 계수(γ)를 계산한 결과, 대부분 1보다 큰 값을 가져 오차가 있는 것으로 보인다.
5. Naphthalene-p-DCB 이진 상태도

Naphthalene-p-DCB 이진 시스템의 액체-고체 상태도를 작성하였다. 몰분율 0.75 이후의 경향이 문헌값과 차이가 있는데, 이는 혼합물 제조 과정에서 두 물질이 완벽히 섞이지 않았기 때문으로 추정된다.

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1. DSC(Differential Scanning Calorimetry)

DSC(Differential Scanning Calorimetry)는 열분석 기술 중 하나로, 시료와 기준물질의 온도 차이를 측정하여 시료의 열적 특성을 분석하는 방법입니다. DSC는 상변화, 열분해, 산화, 유리전이 온도 등 다양한 열적 특성을 측정할 수 있어 재료 과학, 고분자 화학, 생명 과학 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. DSC 분석을 통해 시료의 열적 특성을 정확히 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 재료의 성능 향상, 공정 최적화, 신규 재료 개발 등에 활용할 수 있습니다.
2. Indium, Naphthalene, p-DCB의 열적 특성

Indium, Naphthalene, p-DCB는 각각 다른 화학적 구조와 물리적 특성을 가지고 있어 열적 특성 또한 다르게 나타납니다. Indium은 금속 물질로 높은 열전도성과 낮은 녹는점을 가지고 있습니다. Naphthalene은 방향족 화합물로 상대적으로 높은 녹는점과 끓는점을 가지며, p-DCB는 할로겐 치환된 방향족 화합물로 Naphthalene보다 낮은 녹는점과 끓는점을 가집니다. 이러한 열적 특성 차이는 각 물질의 분자 구조, 결합력, 상호작용 등에 기인하며, 이를 이해하는 것은 해당 물질의 응용 및 활용에 중요한 정보를 제공할 수 있습니다.
3. 열융해열 및 녹는점 측정

열융해열 및 녹는점 측정은 물질의 상변화와 관련된 열적 특성을 분석하는 데 매우 중요한 방법입니다. 열융해열은 고체에서 액체로 상변화가 일어날 때 흡수되는 열량을 의미하며, 녹는점은 고체가 액체로 상변화가 일어나는 온도를 나타냅니다. 이러한 열적 특성은 물질의 구조, 순도, 결정성 등에 따라 달라지며, 이를 정확히 측정하는 것은 물질의 성능 평가, 공정 최적화, 신규 물질 개발 등에 필수적입니다. 특히 DSC 분석을 통해 열융해열과 녹는점을 정량적으로 측정할 수 있어, 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다.
4. 어는점 내림 상수(kf) 및 활동도 계수(γ) 계산

어는점 내림 상수(kf)와 활동도 계수(γ)는 용액의 열역학적 특성을 나타내는 중요한 지표입니다. 어는점 내림 상수는 용질의 농도가 증가할수록 용액의 어는점이 낮아지는 정도를 나타내며, 활동도 계수는 용액 내 용질의 실제 활동도와 이상 용액에서의 활동도 사이의 비율을 나타냅니다. 이러한 열역학적 특성은 용액의 상평형, 상변화, 화학 반응 등을 이해하는 데 필수적이며, 다양한 분야에서 활용됩니다. 특히 DSC 분석을 통해 어는점 내림 상수와 활동도 계수를 계산할 수 있어, 용액의 열역학적 특성을 정량적으로 파악할 수 있습니다.
5. Naphthalene-p-DCB 이진 상태도

Naphthalene-p-DCB 이진 상태도는 Naphthalene과 p-DCB의 상평형 관계를 나타내는 그래프입니다. 이진 상태도를 통해 두 물질의 용융점, 공정점, 공정 조성 등 다양한 열역학적 특성을 확인할 수 있습니다. 이러한 정보는 Naphthalene과 p-DCB의 혼합물 제조, 분리, 정제 등 실제 공정 설계에 활용될 수 있습니다. 또한 이진 상태도 분석을 통해 Naphthalene과 p-DCB 간의 상호작용, 상용성, 상변화 거동 등을 이해할 수 있어, 해당 물질의 응용 및 활용 방안을 모색하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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