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뷰테인 몰질량 측정 실험 레포트

초록수중에서 뷰테인을 포집하는 과정을 통해 부피와 질량을 측정했다. 그리고 이상기체 방정식과 반데르발스 실제기체 상태방정식을 통해 기체의 몰 질량을 결정했다.이론(5)몰 질량은 어떤 분자의 개수가 1mol일 때 그 질량을 가리키는 단위이다. 몰 질량의 국제단위계 단위는 kg/mol이다. 원소의 경우 원자 질량에 원자 질량 단위 대신 몰 질량 단위 g/mol을 붙이면 몰 질량이 된다.이상기체는 탄성 충돌 이외의 다른 상호작용을 하지 않는 점 입자로 이루어진 기체 모형이다. 이상적인 온도와 압력에서 많은 실제기체는 이상기체로 근사할 수 있으며, 높은 온도와 낮은 압력일수록 더욱 근사하게 된다. 실제기체는 우리가 일상생활에서 접하는 기체로, 분자 간 상호작용(분자 간 인력, 반발력) 때문에 이상기체와는 다른 특성을 나타내는 기체이다.이상기체 방정식은 [수식 1]로 나타내었다.이상기체 :PV=nRT [수식 1](p=압력, V=기체의 부피, n=기체 입자의 몰수, R=보편기체상수, T=절대온도)BULLET 보일의 법칙 : 기체의 온도가 일정하면 기체의 압력과 부피는 반비례한다.V PROPTO {1} over {P}(일정한 T, n)BULLET 샤를의 법칙 : 기체의 압력이 일정할 때 기체의 부피가 기체의 절대온도에 비례한다.V PROPTO T (일정한 P, n)BULLET 아보가드로의 법칙 : 같은 온도와 압력에서 부피가 같은 기체는 같은 수의 입자를 갖는다.V PROPTO n (일정한 T, P)이상기체의 분자들은 서로 상호작용을 하지 않고 크기를 거의 무시할 수 있는 질점이 입자로 가정하였다. 그러나 실제의 기체를 구성하는 분자는 서로 반데르발스 힘이라고 하는 특별한 형태의 전기적인 인력을 가지게 된다. 이 힘은 비교적 가까운 거리에서 크게 나타나고 거리가 멀어짐에 따라 급격하게 줄어들게 된다. 분자의 부피는 분자의 수에 비례하므로 V-nb로 쓸 수 있고, 여기서의 b는 상수로 볼 수 있다. 분자 각각이 느끼는 부피는 실제의 부피 V에 비하여 줄어드는 것이다. 따라서 이상기체의 압력은P _{van} = {nRT} over {V-nb}로 변경되어야 한다.(1)반데르발스 방정식은 [수식 2]에 나타냈다.실제기체 :(P+ {n ^{2} a} over {V ^{2}} )(V-nb)=nRT [수식 2]실험 시약 및 도구시약으로는 수온을 낮추기 위한 얼음과 증류수를 사용했다.도구로는 증류수를 담은 큰 수조, 라이터의 기체 부피 측정을 위한 매스실린더, 뷰테인의 부피 측정을 위한 라이터, 라이터의 초기질량과 최종질량을 측정하는 전자저울, 증류수의 온도 측정을 위한 수은 온도계, 매스실린더 입구를 막아 증류수가 빠져나가지 않도록 하는 파라 필름을 사용하였다.실험방법라이터에서 뷰테인이 빠져나오도록 분해한 뒤 초기질량을 측정했다. 수조에 물을 채우고 수온을 낮추기 위해 얼음을 넣고 1.0℃로 만들었다. 수조의 물을 매스실린더에 가득 채운 뒤, 뒤집을 때 공기가 들어가지 않도록 파라 필름을 붙였다. 그다음 매스실린더를 수조에 뒤집어서 넣고 파라 필름을 제거했다. 뷰테인을 포집할 수 있게 매스실린더를 살짝 기울이고 실린더 안 뷰테인의 부피가 300mL가 될 때까지 기다렸다. 그 후 라이터를 꺼내어 물기를 완전히 제거하고 최종질량을 측정하였다. 이 과정을 20℃, 40.4℃, 50℃에서도 진행하였다.결과 및 고찰1atm에서 뷰테인의 부피를 300mL로 설정했을 때 온도의 변화에 따른 라이터의 질량 변화를 [표 1]에 나타내었다.[표 1. 온도별 라이터의 질량]온도(℃)1.0℃20℃40.4℃50℃라이터 초기 질량(g)12.54611.73411.60611.351라이터 나중 질량(g)11.73411.02210.96510.706라이터 질량 차(g)0.8120.7120.6410.645라이터의 질량 차는 소모된 가스의 질량, 즉 뷰테인의 질량을 의미한다. [수식 1]과 [수식 2]를 이용하여 구한 뷰테인의 몰수와 [표 1]을 통해 측정한 온도별 뷰테인의 질량에 뷰테인의 몰수를 나누어 (2)물의 증기압을 고려하여 몰질량을 계산한 것과 고려하지 않고 계산한 값을 [표 2]와 [표 3]에 나타내었다.[표 2. (증기압을 고려X) 이상기체 상태 방정식을 적용한 뷰테인의 몰질량]온도(℃)1.0℃20℃40.4℃50℃뷰테인 질량(g)0.8120.7120.6410.645뷰테인의 몰수0.01330.01250.01170.0113뷰테인 몰질량(g/mol)61.0559.9654.7957.08sample){0.812} over {0.0133} =61.05[표 3. (증기압을 고려O) 이상기체 상태 방정식을 적용한 뷰테인의 몰질량]온도(℃)1.0℃20℃40.4℃50℃뷰테인 질량(g)0.8120.7120.6410.645뷰테인의 몰수0.01320.0120.0110.0099뷰테인 몰질량(g/mol)62.4659.3358.2754.5[표 2]와 [표 3]에서 계산한 값은 이상기체라는 가정하에 계산했기 때문에 주변 환경을 고려하지 않았기 때문에 정확한 값을 측정할 수 없다. 때문에 분자간 인력과, 압력이 변함에 따른 부피의 변화와 같은 기체 분자 간의 상호작용을 고려한 반데르발스 상태 방정식을 이용하여 계산한 뷰테인의 몰질량 또한 물의 증기압 여부에 따라 [표 4]과 [표 5]에 나타내었다.

공학/기술| 2023.12.04| 3페이지| 1,500원| 조회(147)

공정, 화학공학, 실험레포트, 에너지화학, 기초에너지, 기초에너지공학실험, 분체밀도

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물질단위조작 기말고사 정리

→ 고체 또는 액체 형태의 원료에 함유된 가용성 성분(녹을 수 있는 성분)을 용제(용매)로용해하여 분리하는 조작→ 종류 : 원료 상태에 따라, 고-액 추출(침출, 원료가 고체)과 액-액 추출(추출, 원료가 액체)→ 추료(feed) : 추출의 원료 (고체, 액체 형태)추제에 추질(가용성이 있음)과 가용성이 없는 기타 성분으로 구성된 혼합물→ 추제(extracting solvent) : 고체 또는 액체 원료(추질을 분리하기 위해 가해주는 물질)추질, 원용매와 반응할 수 있는 물질을 사용해야 함→ 추질(solute) : 추료 중에 포함된 가용성 성분, 얻고자 하는 물질→ 추잔상(raffinate) : 추려서 남아있는 상추출상(extract) : 추려서 나온 상→ 추제를 사용하여 혼합물로부터 추질을 선택적으로 분리해내는 것이 추출 공정의 목표→ 추제는 추료를 구성하는 2성분 중 추질을 선택적으로 용해할 수 있어야 함→ 추료에 추제를 가하면 물질전달 현상에 의해 추질이 추료로부터 추제 쪽으로 용해되고추료는 추질을 상당량 잃어버리고 추료는 추잔상을 형성추제의 일부는 추잔상에 녹고 상당량의 추질을 용해한 추제는 추출상을 형성→ 추출 후 추제에 녹아 있는 추질과 그 외의 성분의 질량비가 추출 전보다 훨씬 커지는 것이추출이 선택성 분리 공정이 되는 기본 원리→ 추질이 추료로부터 추제에 용해되는 과정은 물질전달이므로 이 속도를 높이려면추질과 추제의 접촉 면적을 증가시켜야 함→ 이를 위해 교반으로 액체 입적의 크기를 작게 하거나 접촉을 용이하게 하는 충진탑 사용→ 추출상과 추잔상 내의 추질의 양이 상평형에 이를 때까지 충분히 접촉이 이루어져야 함→ 추출상에 섞여 있는 추제와 추질은 보통 증류에 의해 분리된 후 추제는 회수하여 재사용추제 : 벤젠추질 : 초산추료 : 초산 + 물원용매 : 물층이 생기면서 가라앉음추출상 100, 추잔상 0 ⇒ 불가능추잔상을 적게 하는 것이 핵심→ 온도가 일정한 상태에서 세 성분의 혼합 비율을 쉽고 도식적으로 표시하기 위해 사용→ 정삼각형 도표와 직각 되는데 추출상의 중량(E)과 추잔상의 중량(R)의 비율은다음과 같이 구할 수 있음(지레의 법칙, R7M7 : E7M7)추출상~중량(E) TIMES {bar{E _{7} M _{7}}} =추잔상~중량(R) TIMES {bar{R _{7} M _{7}}}{추출상~중량} over {추잔상~중량} = {E} over {R} = {{bar{R _{7} M _{7}}}} over {{bar{E _{7} M _{7}}}}→ 점 P : 상계점(plait point), 임계점(critical point)추질(A)의 농도가 추출상과 추잔상에서 서로 같아지는 점→ 이 점을 경계로 추제 성분이 많은 SP 쪽(위 그림의 용해도 곡선의 좌측)이 추출상이고원용매가 많은 곡선 PB 쪽(위 그림의 용해도 곡선의 우측)이 추잔상→ (P에서의 대응선의 길이) = 0→ 공액선(conjugated line) : 각 대응선이 용해도 곡선과 만나는 두 점(E7, R7 등)으로부터수평 및 수직선을 그어 만나는 점(J7 등)을 연결한 선⇒ 돔 안쪽에 11번의 실험 값(E, P, M)으로 직각 삼각형 11개를 그리고 J를 모두 이은 것⇒ 용해도 곡선과 상계점에서 교차하는 선→ 추잔상에서의 추질의 농도(중량 분율)를 x, 추출상에서의 추질의 농도(중량 분율)을 y라 함→ x-y 곡선을 그리면 초산-벤젠-물의 경우 그림 3.4와 같음이때의 곡선을 분배곡선이라고 하며 대응선의 자료로 이용→K= {y} over {x} (K : 분배 계수, 추제의 능력을 판별하는 요소로 값이 클수록 추출이 잘됨(y값↑))(x=추잔상에서의 추질의 농도, y=추출상에서의 추질의 농도)⇒ x, y 모두 추질(초산)에 해당① 분배 곡선이 y=x 직선 아래쪽에 그려지는 경우→ 초산-벤젠-물 3성분계의 경우, 추출상(벤젠)에서의 추질(초산)의 농도(y)가 추잔상(물)에서의추질(초산)의 농도(x)보다 낮기 때문→ 이 경우 분배계수(K)는 1보다 작은 값을 갖고 대응선의 기울기는 아래와 같이 시계 반대방향으로 추질-추제-원용매를 표시하였을 때 에대응선의 수를 구할 수 있고 이것이 이론 단수가 됨→ RN이 주어진 경우, 다음 순서로 이론 단수를 구할 수 있음(그림 3.8)⑴ F, S의 양에서 지렛대 법칙으로 점 M을 구한다.⑵ 점 M은 점 RN과 E1의 연결선상에 있으므로 점 M과 RN을 연장하여 용해도 곡선상에서만나는 점 E1을 구한다.⑶ 점 F와 E1, 점 RN과 S를 연결하는 직선의 교점으로 점 D을 정한다.⑷ E1의 대응점 R1과 D를 연결하여 용해도 곡선과 만나는 점 E2를 구하고, E2의 대응점인R2를 구하고 조작점 D를 연결하여 용해도 곡선과 만나는 점 E3를 구한다.⑸ 같은 방법으로 순차적으로 E3R3, E4R4, ……, EmRm을 구하여 Rm이 RN보다 용해도 곡선아래쪽에 위치할 때까지 대응선을 그으면 그 대응선의 수(m)가 필요한 이론 단수이다.Ⅱ) 맥케이브-티일레 법을 이용하는 방법(조작선과 평형곡선 사이의 작도)⑴ 평형곡선 구하기→ x-y 도표상의 평형곡선은 삼각 도표상의 용해도 곡선을 이용하여 구함→ 용해도 곡선 중 추출상을 나타내는 부분 위의 한 점 E1에서의 추질의 조성(y1)과 그에대응하는 추잔상을 나타내는 부분 위의 한 점 R1에서의 추질의 조성(x1)에 의해 정해지는점(x1, y1)을 x-y 도표상에 표시 (그림 3.9의 평형 곡선상의 점1)→ 같은 방법으로 용해도 곡선 위의 추출상의 점 E2에서의 추질의 조성(y2)과 그에 대응하는추잔상의 점 R2에서의 추질의 조성(y2)에 의하여 정해지는 점(x2, y2)를 x-y 도표상에 표시(그림 3.9의 평형 곡선상의 점2)→ 계속해서 같은 방법으로 점(x3, y3), (x4, y4),……를 구함이처럼 구한 점1(x1, y1)~ 점4(x4, y4)와 원점0 및 점 P’를 연결하면 평형곡선이 됨⑵ 조작선 구하기→ x-y 도표상의 조작선은 그림 3.7의 m단에서의 추질에 관한 물질 수지식을 이용하여 구함Rm-1xm-1 + Em+1ym+1 = Rmxm + Emym→ 위 식을 변형하여 m단으로 들어오는 추출상의 조성(ym+1)을 같은 최소 추제량→ 그림 3.10에서 추제량을 감소시키면 점 M의 위치는 점 F에 가까워지고, 조작점 D는점 A에 가까워지며 어떤 정해진 분리 조작을 수행하기 위한 필요 단수는 증가→ 만약 조작점을 통과하는 조작선이 대응선 어느 하나와 중첩되면 대응선부터 조작선까지의이동이 불가능해져 소요 단수는 무한대가 됨→ 이때의 추제량을 ‘최소추제량’이라고 함→ 액체 추출을 원활히 하려면 두상을 잘 접촉시켜 물질전달 속도를 증가시켜야 한다. 그러나추출은 두 상 모두 액체라 점도가 비교적 크기 때문에 기-액 상의 기체 흡수나 증류보다혼합분리가 어렵다. 그래서 외부의 기계적 E를 가해 혼합이나 분리를 이루는 경우가 많다.→ 추출 장치에는 회분식과 연속식이 있다.① 회분식 추출 장치 (1회 분량)→ 회분식 추출은 혼합조와 침강조가 한 탱크로 되어 있으며 일반적으로 터빈이나 프로펠러교반기를 가진 탱크가 사용된다. 추료와 추제를 교반조에 넣고 일정 시간 심하게 교반 후교반기를 정지시켜 중력에 의한 경계층을 만들고 탱크 측면의 유리 관찰 창을 통해관측하면서 추잔물을 분리 배출시킨다. 추출 조작에서 혼합과 침강에 소요되는 시간은혼합 5분, 침강 10분 정도이지만, 각 경우 실험에 의해 실제 소요 시간을 결정해야 한다.② 연속식 추출 장치 (1회 이상)→ 회분식 추출은 추질과 추제가 단 한번의 접촉을 갖는다. 1회 이상의 접촉이 요구되는 경우회분식을 반복할 수도 있으나 추료의 양이 많거나 요구되는 접촉 횟수가 많을 때에는연속식을 사용하는 것이 더 경제적이다.→ 연속식 추출 장치는 보통 연속단 접촉이나 미분 접촉을 이용한다. 연속식 추출 장치의대표적인 예로는 혼합 침강기, 중력에 의해 조작되는 여러 형태의 수직탑, 교반 조식탑추출기 및 원심 추출기 등이 있다.⑴ 혼합 침강기→ 이 장치는 혼합조와 침강조가 분리되어 있다. 혼합은 보통 기계적 교반기를 이용하지만노즐이나 관을 통해 한 액체 또는 두 액체를 펌핑하여 혼합이 일어나게 할 수도 있다.→ 침강조에서의 상분리는 보통 중력에 의해 일어나지만이 있는 교반기로 기계적 에너지를 공급하기도 한다.→ 교반날개 사이에는 혼합 침강기의 효과를 얻기 위해 칸막이나 무풍지대를 설치한다.여기에는 교반날개 사이는 무풍 구역으로서 상들의 결합과 분리를 촉진 시키기 위해철망으로 설치되어 있다.그림 3-17. (a) 교반탑 (b) 맥동탑⑹ 맥동탑→ 맥동탑에서도 외적 수단에 의해 교반이 이루어진다. 왕복펌프가 작은 진폭의 빠른 운동을함으로써 정상적인 흐름을 유지하면서도 전체 내용물을 맥동시킨다.→ 맥동탑은 보통의 충전물이나 특수한 체판을 갖는다. 충전탑에서 맥동은 액체를 확산시키고,편류 현상을 없애며 액상 사이의 접촉을 활발하게 한다.→ 체판 맥동탑에서의 체판구멍의 직경은 1.5～3mm로서 비맥동탑에 비해 훨씬 작으며,각 단에서 구멍이 차지하는 면적은 단면적의 6～23%이다. 이러한 탑에는 부식성이 큰방사성 액체들도 사용이 가능하다.→ 왕복운동에 의한 이상적인 맥동은 피스톤이 위로 올라갈 때는 가벼운 액체가 무거운 액체속으로 확산되며, 아래로 내려갈 때는 무거운 액체가 가벼운 액체속으로 주입된다. 이때의단효율은 70%에 이른다. 그러나 이것은 두 상의 부피가 거의 같고 또한 부피 변화가 거의없을 때 가능하다.⑺ 원심추출기→ 무거운 금속통 속에 액이 들어오고 나갈 수 있도록 속이 비어 있는 횡축에 나선형의리본이 감겨져 있다.→ 이들 액체는 리본과 벽면 사이의 통로를 따라 서로 반대 방향으로 흐른다. 즉, 무거운액체는 나선형의 바깥면을 따라 외측으로 이동하고 가벼운 액체는 안쪽면을 따라 내측으로이동된다. 액-액 계면의 단면이 크면 물질전달이 빠르게 일어난다.→ 가격이 비싸 사용이 제한되는 편이나 적은 공간에서 접촉단 효율이 높아 체류시간이 짧다(약 4초)는 장점을 갖는다. 이는 비타민이나 항생물질 등 예민한 물질의 추출에 유용하다.→ 기체: 단위 질량의 증기가 없는 기체(vapor free gas)→ 증기(vapor): 액체로서의 존재하는 성분의 기체 형태→ 기상에서는 증기를 성분A, 고정기체를 성분B (증기가 없는 기체의

학교| 2023.12.04| 20페이지| 3,000원| 조회(84)

공정, 화학공학, 단위조작, 신재생에너지, 정리본, 에너지화학

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샤를의 법칙 실험 결과보고서

목 차1. 실험 목적 32. 이론 33. 실험 기구 44. 실험 방법 45. 결과 56. 고찰 67. 참고 문헌 71. 실험 목적샤를의 법칙 실험은 기체의 온도를 증가시키면 부피가 팽창하고, 감소시키면 수축하는 기체의 온도에 따른 부피 변화가 선형적인 성질을 가지는 것을 이해하기 위함이다.2. 이론샤를의 법칙은 기체 종류에 상관없이 기체에 열을 가했을 경우 기체의 온도가 1℃ 올라갈 때마다 기체의 부피는{1} over {273}만큼 증가한다는 법칙이다. 기체에 열을 가하게 되어 온도가 올라가게 되면 분자가 활발히 움직여 운동에너지가 증가하고 그로인해 분자간의 인력이 약해지므로 기체의 부피가 증가하게 되고, 반대로 기체의 온도가 낮아지면 부피가 감소하게 된다.샤를의 법칙 계산식은V _{t} =V _{0} (1+ {1} over {273} )으로 나타낼 수 있고 이는 정비례하기 때문에 그래프로 나타냈을 때 선형그래프로 나타낼 수 있다.V ∝ T, V = kT (단 k는 상수)V _{t} =V _{0} (1+ {1} over {273} )3. 실험 재료 및 기구1. 실험 재료 : 황산, 물2. 실험 기구 : 비커, 항온기, 제빙기, 깔때기, 온도계, U자관, 마개, 젓개출처 : HI-d, HII-a4. 실험 방법1) 잘 마른 U자관의 바깥쪽에 황산을 넣어주고 황산의 높이는 U자관 안쪽에 서 황산까지 한 뼘 이상 정도가 될 때까지 맞춰준다.2) 물과 제빙기로 곱게 갈은 얼음을 넣어주고 젓개를 이용하여 0도를 맞춰준다.3) 온도변화에 의한 높이가 변한 황산이 담긴 U자관 밸브를 열어 양쪽 의 높이를 같게 맞춰 준뒤, U자관 내의 공기의 부피를 측정한다.4) 항온기에서 가열한 물을 실험하고자하는 온도에 맞게 순차적으로 높이면 서 위의 방식으로 실험을 반복해준다.5) 실험 결과로 나온 데이터들을 표와 그래프로 나타낸다.5. 결과? 실험 결과에 따른 측정값측정온도(℃)측정 부피값(㎖)이론 부피값(㎖)상대 오차(%)115.715.701516.516.480.123017.117.351.444517.818.212.25이론부피값 계산식 :x℃일 때의 부피(㎖) :V _{t} =V _{0} (1+ {1} over {273} ) →0.057x+15.6431℃일 때의 부피(㎖) : 0.057x1+15.643 = 15.7㎖15℃일 때의 부피(㎖) : 0.057x15+15.643 = 16.5㎖30℃일 때의 부피(㎖) : 0.057x30+15.643 = 17.4㎖45℃일 때의 부피(㎖) : 0.057x45+15.643 = 18.2㎖상대오차 계산식 :LEFT | {측정값-이론값} over {이론값} RIGHT |x100 (%)1℃일 때의 상대오차 : 15.7-15.7 = 015℃일 때의 상대오차 :LEFT | {16.48-16.5} over {16.5} RIGHT |x100 = 0.12%30℃일 때의 상대오차 : (17.35-17.1)/17.35 x100 = 1.44%45℃일 때의 상대오차 : (18.21-17.8)/18.21 x100 = 2.25%계산식 :0.057x+15.643#(x=온도)? 이론값과 측정값에 대한 그래프6. 고찰이번 실험을 하면서 샤를의 법칙의 이론에 따라 대체적으로 기체의 온도가 증가할수록 부피가 커진다는 실험 결과를 얻어낼 수 있었다. 하지만 실제값과 이론값에 약간의 오차도 있었고, 제대로 진행되지 않은 부분도 있었다.1) 온도조절을 정확히 하지 못해서 첫 번째 실험 데이터가 0℃가 아닌 1℃에 서 시작한 점이다.2) 이 식은 이상 기체에 대한 이론식이기 때문에 실제 기체로 실험했을 때 어 느 정도의 오차는 감안해야 한다.3) 온도와 부피를 측정할 때 눈대중으로 측정하기 때문에 정확하게 수평으로관찰하기 어렵고, 눈금 또한 정확히 읽을 수 없다.4) 기체의 부피를 측정할 때 U자관 안에 있는 양쪽 황산의 높이를 맞춰주어 야 정확한 값을 측정할 수 있는데, 막대를 이용해서 수평을 맞추려고 했 지만 오차가 생겼다.

공학/기술| 2023.12.04| 5페이지| 2,500원| 조회(199)

공정, 화학공학, 실험레포트, 샤를의 법칙, 에너지화학, 기초에너지, 기초에너지공학..

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분체밀도 실험 레포트

초록비중병을 사용하여 분체의 진밀도를 측정하였다.이론분체의 밀도는 (분체 질량/분체 부피)로서 표시되므로 질량을 측정하는 정밀도에 따라서 공기의 부력에 의한 영향이나 측정용기(Pycnometer)의 온도에 의한 팽창도 역시 고려하여야 할 필요가 있다. 따라서 고체의 정확한 밀도는 다음 식으로 구한다.& ρ _{ s} = ρ _{ A} + { m _{ s} - m _{ o}} over {{{{ m _{ w} - m _{ o}} over{ ρ _{ w} -ρ _{ A}}} {[1 +α(t_L - t_W )]}} -{ m _{ sL} - m _{ s} } over {ρ_L - ρ_A}}(1)mo = 빈 Pycnometer의 질량, gmw = 증류수를 채운 Pycnometer 의 질량, gms = 분체를 채운 Pycnometer 의 질량, gmsL=분체 사이 공간을 채우는 액체와 분체를 포함하는피크노미터의 질량, gρA = 공기의 밀도, g/㎤ρW = 증류수의 밀도, g/㎤ρL = 충전 액체의 밀도, g/㎤ρS = 구하고자 하는 분체의 밀도, g/㎤tL = 증류수의 온도 ℃tw = 충진 액체의 온도 ℃alpha = 유리 Pycnometer의 부피 팽창 계수 2.5×10-5 ㎤/℃간단한 경우로서 Pycnometer의 팽창계수를 무시할 수 있고 공기의 부력의 항도 무시하고 충진 액체로서 증류수를 사용해도 어떤 영향이 없다고 가정하면 α=0, ρL = ρW , ρA =0 이므로 식 (1)은 다음과 같이 간단히 표시된다.& rho _{S} = {(m _{s} -m _{o)}} over {(m _{W} -m _{o} )-(m _{sL} -m _{s} )} rho _{w} (2)mg단위까지 측정을 해야 할 때와 증류수를 공간 충전 액체로 사용할 수 없는 경우에는 반드시 식 (1)을 이용하여야 한다.시약 및 도구감압장치, Gay-Lussac 피크노미터나 기타 비중병, 분체 시료, 증류수실험방법① Pycnometer를 잘 씻은 후 말린다.② 건조된 Pycnometer는 무게를 측정한다(m). 필요하면 측정할 때마다 실온과기압을 기록하여 공기 밀도(ρA)를 알아두는 것이 좋다.③ pycnometer에 증류수를 눈금까지 채운 뒤 마개를 닫고 얼마동안 항온으로유지한다. 액 높이의 변화가 생겼으면 주사기를 써서 액 높이를 눈금까지 오도록다시 조절한다. 다음에 바깥의 물기를 깨끗이 닦아 낸 후 실온에 방치하였다가평량한다.(m)④ 증류수를 비워 낸 pycnometer를 다시 ①에서와 같이 건조 후 평량(m)한 다음에깔때기를 써서 pycnometer에 분체를 채운다(이때 분말은 건조상태에 있는것이어야 한다).⑤ 분체 시료가 든 pycnometer를 평량한다.(m)⑥ 분체와 pycnometer는 증류수 혹은 충진 액체에 공기의 포가 비중병 속에 남아있으면 분체 밀도의 측정에 큰 오차를 나타내므로 매우 주의 하여야 한다. 기포가없는 것이 확인되면 ③의 방법에 따라서 평량한다.(M)질량(g)증류수+피크노미터87.43분체+피크노미터115.47증류수+분체+피크노미터139.35빈 피크노미터29.09빈 피크노미터29.09증류수23.88증류수58.34분체86.38실험 결과 및 고찰실험실 온도 20℃ / 실험실 기압 : 1018 hPa실험실 밀도 : 1.212 / 20℃ 증류수의 밀도 : 0.998겉보기 밀도 ①겉보기 밀도 ②진밀도오차 ①오차 ②1.986g/cm32.501g/cm32.309g/cm313.98%7.7%*겉보기밀도①(bulk density)& rho _{s} = rho _{A} + {m _{s} -m _{o}} over {{m _{w} -m _{o}} over {rho _{w} - rho _{A}} [1+ alpha (t _{L} -t _{W} )]- {m _{sL} -m _{s}} over {rho _{L} - rho _{A}}}1.212+ {115.47-29.09} over {{87.43-115.47} over {0.998-1.212} [1+(2.5 TIMES 10 ^{-5} )(0)]- {139.35-115.47} over {0.998-1.212}}##=1.986(g/cm ^{3} )*겉보기밀도②(bulk density)(팽창계수를 무시할 수 있고 공기의 부력의 항도 무시하고 충진 액체로서 증류수를 사용해도 어떤 영향이 없다고 가정)& rho _{S} = {(m _{s} -m _{o)}} over {(m _{W} -m _{o} )-(m _{sL} -m _{s} )} rho _{w}{115.47-29.09} over {(87.43-29.09)-(139.35-115.47)} TIMES 0.998##=2.501(g/cm ^{3} )*진밀도(absolute density)rho = {m} over {V} (피크노미터의 부피 : 50mL){115.47} over {50} =2.309(g/cm ^{3} )*겉보기밀도와 진밀도 값의 비교{2.501-2.309} over {2.501} TIMES 100=7.7(%)진밀도는 open, closed pore를 모두 부피에 포함하지 않고 진짜 순수하게 질량을

공학/기술| 2023.12.04| 4페이지| 1,500원| 조회(124)

공정, 화학공학, 실험레포트, 에너지화학, 기초에너지, 기초에너지공학실험, 분체밀도

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과잉부피 부피변화 실험 레포트

초록20℃ 및 1atm에서 조성변화에 따른 증류수와 알코올을 섞은 이성분 용액의 밀도를 피크노미터를 이용해 나온 혼합물의 질량과 부피를 통해 계산하여 과잉 몰부피를 구하였다.이론서로 반응하지 않는 두 물질을 혼합시키게 되면 혼합 용액의 부피는 두 물질을 합한 값과 같아야 한다. 그러나 실제로 두 물질을 혼합시키게 되면 상호작용으로 인해 원래의 부피 값과 차이가 발생하는데, 이를 과잉부피라고 하며 조성에 따라 다르게 작용한다.(3)액체가 혼합되면 혼합물의 부피는 일반적으로 순수한 액체의 부피의 합이 아닌 다음 식으로 나타낸다.V _{m,mix} (=V _{m,real} ) != x _{1} V _{1} +x _{2} V _{2} +` CDOTS `+x _{i} V _{i} = sum _{} ^{} ` _{i} x _{i} V _{i}과잉부피를 결정할 때 혼합물의 밀도를 사용하여 측정하는 값은 [수식 2]이다. 이때 온도와 압력은 모두 동일하다.V _{m}^{E} = {x _{1} M _{1} +x _{2} M _{2}} over {rho } - LEFT ( {x _{1} M _{1}} over {rho _{1}} + {x _{2} M _{2}} over {rho _{2}} RIGHT )여기서V ^{E}는 두 액체가 혼합된 혼합물의 과잉부피이고,x _{1} ,x _{2}는 물과 에탄올의 몰분율,M _{1} ,M _{2}는 몰 질량,rho _{1} , rho _{2}는 혼합물의 밀도를 의미한다.실험 시약 및 도구시약으로는 증류수와 에탄올을 사용해서 엑셀 파일에서 주어진 값을 통해 조성이 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0인 혼합물을 만들어 사용했다.도구는 플라스크와 각 혼합물의 질량을 측정하기 위한 저울, 액체의 비중을 측정하기 위한 피크노미터를 사용하였다.실험과정빈 플라스크 6개를 준비하여 각각에 번호를 매긴 후 질량을 측정하였다. 엑셀 파일에서 각 조성에 맞게 주어진 부피 값에 따라 증류수를 준비해두었다. 1번 플라스크에는 에탄올은 넣지 않고 증류수만 넣어 플라스크의 질량을 측정하였다. 2번 플라스크부터 5번 플라스크까지는 조성마다 준비한 증류수를 넣은 플라스크의 질량을 측정한 뒤, 준비한 에탄올도 넣어 플라스크의 질량을 다시 측정하였다. 6번 플라스크에는 증류수를 넣지 않고 에탄올만 넣어 측정하였다. 그다음, 부피 25mL의 빈 피크노미터의 질량을 먼저 측정하였고 만들어진 6개의 용액을 피크노미터에 넣고 뚜껑을 닫아서 질량을 측정하였다. 앞의 과정을 총 3회 진행하였다.결과 및 고찰각 조성에 따른 증류수와 에탄올의 질량의 측정값을 에 나타내었다.측정값에탄올 조성플라스크 질량(g)플라스크+물 질량(g)플라스크+에탄올+물 질량(g)물 질량(g)에탄올 질량(g)093.7443152.0427152.042758.298400.198893.3016124.4395143.178631.137919.73910.4194.6026111.6047141.804917.002130.20520.632593.9521102.4016139.57628.449537.17460.800292.977197.1906140.33314.213543.1425194.356794.3567140.3741046.0174피크노미터를 이용해 혼합물의 질량을 측정한 값과 혼합용액의 밀도를 에 나타내었다.측정값에탄올 조성빈 피크노미터 질량(g)피크노미터+혼합물(g)혼합물(g)혼합용액 밀도016.339441.602825.26340.99820.198839.845323.50590.94020.4138.394822.05540.88220.632537.388821.04940.84200.800236.852420.5130.8205136.362620.02320.7893증류수와 에탄올의 몰분율을 나타내기 위해서 각 질량에 해당하는 물과 에탄올의 몰수와 몰분율을 에 나타내었다.(2)물 분자량(문헌값) : 18.02g/mol에탄올 분자량(문헌값) = 46.07g/mol몰분율 몰질량에탄올 조성물의 몰수에탄올의 몰수물의 몰분율(x _{1})에탄올 몰분율(x _{2})03.23520100.19881.72770.42850.80120.19880.410.94350.65560.590.410.63250.46890.80690.36750.63250.80020.23380.93650.19980.8002100.998901몰질량 = 1몰의 질량이므로 물의 몰질량(M _{1}) = 18.02g, 에탄올의 몰질량(M _{2}) = 46.07g혼합액의 몰분율, 몰질량, 밀도를 이용해 조성별 과잉몰부피를 계산하여 에 나타내었다.에탄올 조성과잉몰부피00.19880.410.63250.80021V _{m}^{E}(cm3/mol)00.3450.6332.8731.58580V _{m}^{E} = {x _{1} M _{1} +x _{2} M _{2}} over {rho } - LEFT ( {x _{1} M _{1}} over {rho _{1}} + {x _{2} M _{2}} over {rho _{2}} RIGHT )에탄올 조성 0.1988(몰분율%)의 과잉몰부피{0.8012 TIMES 18.02+0.1988 TIMES 46.07} over {0.8934} - LEFT ( {0.8012 TIMES 18.02} over {0.7813} + {0.1988 TIMES 46.07} over {0.9982} RIGHT ) =0.345에탄올은 휘발성이 강하여 부피를 측정하여 플라스크에 옮길 때와 혼합액을 피크노미터에 넣고 질량을 측정할 때 질량 손실이 발생했다. 따라서 저울에 혼합액의 질량을 재기 전부터 지속해서 질량 값이 감소하였고 측정값의 정확도가 떨어졌다. 두 번째로는 매스실린더, 삼각플라스크, 피크노미터 세 가지 모두 실험 진행 후 용액을 비웠음에도 잔류하는 용액이 존재하였다. 잔류 용액의 영향을 받아 밀도 값에 오차가 발생했다.

공학/기술| 2023.12.04| 4페이지| 1,500원| 조회(114)

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