< 08. 고체의 용해도 예비 >실험날짜 : 2013. 04. 18 목 6789 / 20120543 박수지제목고체의 용해도최종목표온도 변화에 따른 옥살산의 용해도 변화를 측정하고,Van't Hoff 식을 이용해 포화용액에서 미분용해열을 계산한다.세부목표1. 적정을 이용한 용해도 곡선 도식.2. Van't Hoff Equation을 이용한 미분용해열 계산이론적배경용해도(Solubility)는 특정 온도에서 주어진 양의 용매에 녹을 수 있는 용질의 최대량을 말한다. 용해도는 용매 100g 당의 용질의 양 또는 몰수를 사용하여 나타내는 경우가 많다. 이러한 용해도는 기체를 제외하고 압력의 용해도에 대한 영향은 거의 없으며, 온도에 따른 용해도의 차이는 물질마다 크게 나타남으로서 항상 온도와 함께 표시해야 한다. 그림 1은 온도에 따른 고체의 용해도 곡선이다. 용매가 용해시킬 수 있는 최대 양의 용질이 녹아 있는 경우 용액은 포화(그림 1. C' 지점 )되어 있다고 하며 해당 온도에서 용액 속에 존재하는 용질 분자와 결정으로 존재하는 고체 분자사이에 동적 평형에 이른 것으로 생각할 수 있다.그림1. 온도에 따른 용해도와의 관계.포화 상태를 넘어서는 양의 용질이 용해되어있는 경우 과포화(그림 1. B 지점)되어 있다고 한다. 이 상태는 불안정한 상태로 물리적인 충격, 온도의 하강(그림 1. B' 지점), 혹은 단순히 시간이 지남에 따라 안정한 포화 용액이 되기 위해 고체를 석출시킨다. 이러한 원리를 이용하여 물질정제에 이용하는 실험법을 재결정(Recrystallization)이라 한다.어떤 온도에서 순수한 고체물질이, 그 용액과 평형에 있을 때, 그 용액을 포화용액이라 한다. 포화용액 중에 있어서의 용질의 농도를 용해도라 말한다. 여기서는 몰랄 농도를 사용하며, 따라서 용해도는 포화용액에서의 용질의 몰랄농도m _{s}가 된다.포화용액 중의 용질의 활동도를 a, 용질과 포화용액의 평형상수를 K라고 하면 다음 관계가 성립한다.K= {a} over {a _{0}}여기서a _ 활동도 a는 활동도계수gamma _{s}, 농도m _{s}의 곱으로 표시되므로, 결국K=a= gamma _{s} BULLET m _{s}로 된다. 여기서 첨자 s는 포화용액에서의 값임을 표시한다.Van't Hoff 식온도 T에 있어서의 용해도를 s, 그 때의 용해열DELTA H가 온도에 의해서 변하지 않는다고 하면, 일정 압력 하에서 평형상수 K와 온도 변화와의 관계를 식으로 설명할 수 있다.K=a=γs(활동도 계수)?ms(농도) (식 1){dlnK} over {dT} = {DELTA H} over {RT ^{2}} (식 2)ΔH는 일정온도 및 압력하에서 포화용액에 대한 미분용해열, 즉 용질 1몰을 추가하여 용해시켜도 그 농도에 아무 영향도 미치지 못할 정도로 다량인 포화용액에 1몰의 용질을 용해시켰을 때의 엔탈피변화이다. 식 1을 식 2에 대입하면1+( {Partial `lnr} over {Partial `lnm} ) _{T,`P,`m=m _{s}} {dlnm _{s}} over {dT} = {TRIANGLE H} over {RT ^{2}} (식 3)용질의 γ(활동도계수)는 포화농도에 가까운 농도에서 ms(몰랄농도)에 의한 변화가 작은 것을 고려하면 식 4와 같이 나타낼 수 있다.{dlnm _{s}} over {dT} REIMAGE {DELTA H} over {RT ^{2}} (식 4)R : 기체상수 ln K=log K/log e(≒1/2.303){dlogm _{s}} over {d( {1} over {T} )} =- {DELTA H} over {2.303R} 또는``dlogm _{s} =- {DELTA H} over {2.303R} d( {1} over {T} )` (식 5)``logm _{s} =- {DELTA H} over {2.303R} ( {1} over {T} )+C( {DELTA S} over {2.303R} )` (식 6)포화 상태에서의 미분 용해열(ΔH)은 해당 온도에 대해 log ms 의 기울기에 -2.303R을 곱함으로써 계산.비전해질의_{2} )} over {m _{s} (T _{1} )} =- {DELTA H} over {2.303R} ( {T _{2} -T _{1}} over {T _{1} T _{2}} )이러한 관계는 실험실 설계나 산업공정에서 대단히 유용한 지식으로, 합성 화학자는 반응 혼합물의 온도를 변화시킴으로써 반응의 수득률을 개선할 수 있다.① 용해도 곡선 [ 溶解度曲線 ]고체의 용해도는 일반적으로 온도가 높을수록 증가하며, 기체의 용해도는 온도가 낮을수록 커진다. 이처럼 온도 변화에 따른 용해도 변화를 나타낸 곡선을 용해도 곡선이라고 한다. 용해도 곡선을 이용하면 온도에 다른 용해도 차이가 큰 물질을 분리하는 데 사용할 수 있다. 온도에 따라서 용해도가 급격하게 변하는 물질은 높은 온도에서 용해시킨 후 냉각시키면 고체로 석출되지만 온도에 따른 용해도 변화가 거의 없는 물질은 높은 온도에서 용해시킨 후 냉각시켜도 결정으로 석출되지 않는다.② 반트호프[방정]식 [ Van’t Hoff equation , ~[方程]式 ](1) 희박용액의 삼투압(π)과 용액농도(nB/V), 온도와의 관계는 이상기체의 상태방정식과 매우 유사하며 πV＝nBRT로 표시하는 식(T: 절대온도, nB: 용질의 몰량, V: 용액의 체적, R: 기체상수).이 관계식을 사용하여 삼투압에서 몰농도를 계산할 수 있으므로 원소분석 등에 의한 정확한 조성비로 정확한 분자량을 구할수 있다. 또 전해질용액의 경우 실효농도는nB의 i배가 되고,i(반트호프계수라고도 함)는 해리의 정도를 나타낸다.(2) 평형상수와 온도와의 관계식. 온도 T, T‘일 때 평형상수를 각각K, K‘라 하여 다음의 반트호프식으로 나타낼 수 있다.여기서 R: 기체상수, ΔH˚: 평형반응의 표준엔탈피 변화이다.③ 용해열 [ 溶解熱 , heat of dissolution ]용해에 따라 발생 혹은 흡수되는 열. 정온·정압의 경우, 용해에 의한 엔탈피 변화와 같다. 혼합열의 하나이다. 용해열은 용질 1mol을 용해하는 용매의 양에 의해서도 달라지므로 이것을 밝.05kca1(흡열)가 된다. 이와 같이 1mol 물질이 일정량의 용매에 녹을 때까지 발하거나 흡수하는 총열량을 적분 용해열이라 하고, 용해 과정의 각 순간에서의 용해열을 1mol당으로 나타낸 값, 다시 말하면 어떤 농도인 용액의 무한대의 양 안에 그 용질 1mol을 녹일 때 출입하는 열을 그 농도에서의 미분 용해열이라고 한다. 이상(理想)용액을 만드는 경우 용해열은 0이고 용해열의 발생은 이상 용액에서 벗어나는 원인이 된다.미분용해열은 용해할 때 각 순간의 용해열을 1mol당으로 나타낸 열량을 가리킨다. 기체가 용해할 때는 일반적으로 열을 발산하지만, 액체나 고체가 녹을 때는 열을 발산하는 경우도 있고 흡수하는 경우도 있다. 용해열은 용질 1mol을 용해하는 용매의 양에 의해서도 달라지므로 이것을 밝혀둘 필요가 있다. 이와 같이 1mol 물질이 일정한 양의 용매에 녹을 때까지 발산하거나 흡수하는 총열량을 적분용해열이라 하고, 용해 과정의 각 순간에서 용해열을 1mol당으로 나타낸 값, 다시 말하면 어떤 농도의 용액의 무한대량 안에 그 용질 1mol을 녹일 때 출입하는 열을 그 농도에서 미분용해열이라고 한다.④ 평형상수 [ equilibrium constant , 平衡常數 ]가역적인 화학반응이 특정온도에서 평형을 이루고 있을 때, 반응물과 생성물의 농도관계를 나타낸 상수이며 반응물 및 생성물의 초기농도에 관계없이 항상 같은 값을 지닌다. 이 값이 크면 평형에서 생성물이 반응물보다 더 많이 존재함을 의미한다. 평형상수는 화학 평형의 법칙으로부터 유도된 것으로 생성물의 몰농도 곱과 반응물의 몰농도 곱의 비이다. 평형상수가 크면 정반응이 활발하여 생성물질이 많이 존재하는것이고 화학 반응식의 계수가 변하면 평형 상수값도 변한다. 평형상수는 온도만의 함수로서 압력이나 농도에는 영향을 받지 않는다.⑤ 활동도 계수 [ activity coefficient , 活動度係數 , かつどうどけいすう ]혼합 용액 또는 기체에서 각 성분의 활동도는 이상 용액 또는 기체의 경우 각 성분. 활동도계수 γi=ai/xi.성분 i의 활량을 ai, 농도를 xi로 할 때, 그 비율 ai/xi=γi를 활량계수 또는 활동도 계수라고 한다. 농도 단위의 선택방법에 따라 활동도 계수의 값은 변화한다. 이온 활동도와 이온 농도의 비율.시약Oxalic acidSodium hydroxidePhenolphthaleinCAS number144-62-71310-73-277-09-8Chemical formulaNaOHMolar mass (g/mol)90.0339.99318.32Density(g/㎤)1.9 (anhydrous)1.653(dihydrate)2.11.277 at 32℃Melting point(℃)101~102318262.5Boiling point(℃)-1390N/ASolubulity in water9.5g/100ml (15℃)14.3g/100ml (25℃)120g/100ml(100℃)111g/100ml(at 20℃)insoluble(very solublein ethanol)초자및기구항 목규 격수 량Erlenmeyer flask(삼각플라스크)250 ml6Beaker(비이커)250 ml6Septor24/406Syringe(주사기)5ml2Niddle(주사기 바늘)18G6Filter(주사기 필터)cellouse, disc 25mm6Magnetic bar (rod type)Φ 7×L 20 mm2Thermometer (온도계)~200 ℃6Hot plate stirrer (교반가열기)~200 ℃1항온수조(visible bath)10 ml1실험방법① 0.25 N Oxalic acid 용액으로 제조한 0.25N NaOH 용액을 표준화한다.② 250ml 삼각플라스크에 옥살산 40g을 증류수 100ml를 넣은 후에 60℃ 진탕항온 수조에서 완전히 녹인다.-A③ A를 항온수조 물의 온도가 0℃, 실온, 30℃, 35℃ 온도에서 20분간 유지한다.-B④ 빈 칭량병의 무게 측정 후 각각의 온도에서 5ml씩 채취하여 칭량병으로 무게를 측정한다.(2회 측정하여 평균값 사용한다.)⑤ B용액 넣고
< 06. 상그림 예비 >실험날짜 : 2013. 04. 18 목 6789 / 20120543 박수지제목흡착최종목표2-성분 평형계에 대해서 이해하고, 일정 압력하의 2-성분의 임계온도와 임계농도를 측정한다.세부목표1. 2-성분계의 상평형 그림 작성2. 액체의 임계점을 측정하여 임계온도 및 임계농도 측정이론적배경상의 화학적 조성은 물론 물리적 상태가 전체적으로 균일한 물질의 한 상태이다. 그리하여 한 물질의 고체상, 액체상, 기체상을 말하기도 하고 또 여러 가지 고체상 (ex. 검은인과 흰인)을 말하기도 한다.상전이는 한 상에서 다른 상으로 전환되는 것으로 얼음의 녹음, 물의 증발, 흑연에서 다이아몬드로의 전환 등으로 나타나고, 상변화는 대게는 열의 형태로 에너지를 가하거나 제거할 때 발생한다. 이러한 물질의 상태 변화를 온도와 압력이라는 두 축을 사용하여 나타낸 것을 상평형 그림(Phase diagram)이라고 한다. 다음 그림은 순수한 물의 상평형 그림이다.> 물의 상평형 그림이러한 상평형 그림은 혼합물의 성질을 알기 위해 또는 실제 석유 산업 분리 공정에서 물질 분리 공정 설계에 필수적으로 사용되는 자료로, 흡수조작에 의한 설계를 계산할 때 쓰이는 기본 데이터로 널리 활용된다. 또한 고체 혼합물에 대한 온도-조성 상평형 그림은 반도체, 요업, 제강, 합금 등의 분야, 식품과 화장품의 제조과정의 기초자료로 이용되기도 한다.본 실험에서는 2-성분계 액체-액체 상평형 그림을 실험으로 얻고자 한다.TA+ B0X1> 액체(A)-액체(B) 2성분계의 상평형 그림위의 그림을 예로 들면 어떤 온도 T에서 시료 A에다 소량의 시료 B를 가해준다. 그러면 이것이 완전 용해되어 단일상을 이룰 것이다. B를 계속해서 가해주면 더 이상 용해되지 않는 점에 도달될 것이다. 하나는 B로 포화된 A이고, 다른 하나는 A로 포화된 소량의 B이다. B를 충분히 더 가해주면 마침내 B가 전체 A에 대한 용매로 작용하게 되는 점에 도달하여 이 계가 다시 하나의 상으로 되돌아간다. 온도를 달리하진다. 온도를 높이면 두 성분의 혼합성은 증가한다. 그리하여 더 많은 B가 A속에 들어가야 상분리가 일어나며, A를 전부 흡수시키는데 필요한 B의 양이 작아짐에 따라 단일상이 보다 더 빨리 나타나게 된다. 이렇게 여러 온도에서 실험을 하여 상평형 그림을 통해서는 임계용해온도를 확인할 수 있다.① 상 [ 相 , phase ]물질계에 있어 물리적 및 화학적인 성질이 균일하고 다른 부분과는 뚜렷한 경계로 구별되는 부분.문제 부분이 기체이면 기상(氣相), 액체이면 액상(液相), 고체이면 고상(固相)이라 한다.* 균일계 (단상계) : 하나의 상으로 이루어지는 계. ex) 식염수* 불균일계 (다상계) : 두 개 이상의 상으로 이루어지는 계. ex) 물과 기름을 섞어서 방치한 두 개의 층불균일계는 어떤 상이 공존하고 있는 경우를 말하기도 하는데, 기체상과 액체상, 액체상과 고체상, 또는 이 세 가지 상이 모두 공존하는 경우도 있다. 예를 들면 물과 수증기, 물과 얼음 등이 공존할 때도 불균일계이다.② 상평형 [ phase equilibrium , 相平衡 ]몇 개의 상이 공존하여 열역학적으로 평형상태를 이루고 있는 것을 가리킨다. 이때 각 성분의 화학퍼텐셜은 모두 같으며 기브스의 상규칙(phase rule)이 성립한다. 한편, 순물질에서의 상평형과 여러 물질로 이루어진 계의 상평형은 다른 규칙이 적용된다.③ 상평형그림 [ phase diagram ]몇 개의 상 사이의 평형상태를 나타낸 도표이다. 도표를 그리기 위해서는 주로 온도와 압력을 이용하며, 순물질에서는 평면에 그릴 수 있지만 여러 성분이 섞여있는 계에서는 독립적으로 변하는 상태량이 많아 입체적으로 그리기도 한다.위의 그림은 가장 간단한 물의 상평형그림으로서, 곡선 TB를 융해곡선, 곡선 AT를 승화곡선, 곡선 TC를 증발곡선이라 한다. 곡선 AT, TC는 증기압곡선도 된다. 이들 곡선상에서는 양쪽에 있는 두 상이 평형이 된다. 즉 압력을 어떤 값으로 지정하였다고 하면, 2개의 상이 동시에 존재하기 위한 온도가 결정된 구획된 부분은 기체상·액체상·고체상 중 어느 한 상이 존재하는 것을 뜻한다.이 면 안에서는 압력과 온도를 동시에 바꾸어도 한 상만이 존재한다. 예를 들면, E점에서는 1atm하에서 물은 100℃에서 끓고 물과 수증기가 공존할 수 있으며, D점에서는 1atm하에서 물은 동결하여 물과 얼음이 공존할 수 있다. 그러나 DE의 점선상에서는(D점과 E점을 제외한다) 물만이 존재한다. 또 TE선상에서는 어느 점을 취해도 그 점에 대응하는 압력 및 온도는 각각 하나가 결정되며, 그 증기압의 수증기와 그 온도의 물이 공존한다. 곡선 TF는 과냉각상태에 있는 액체(물)의 증기압을 나타내는 것인데, 이와 같은 액체는 있는 상태대로 놓아 두었을 때만 존재하며, 이 상태를 준안정(準安定)상태라고 한다. T는 곡선이 하나로 교차하는 점을 가리키며, 이와 같은 점 위에서는 3개의 상이 공존하므로, 이 점을 삼중점이라 한다. 이 점에서는 온도와 압력이 모두 일정하며, 그 중 어느 하나를 변화시키면 공존하는 3개의 상 중에서 적어도 한 상이 없어진다.물의 삼중점은 0.006atm, 0.01℃이다. TC곡선에는 상한(上限)이 존재하며 이 점을 임계점(臨界點)이라 한다. [그림]에서는 C점이 이것에 해당한다. 예를 들면, 수증기는 C점, 즉 374℃에서 218atm 이하의 압력으로는 액화시킬 수 없고, 온도가 374℃가 넘으면 아무리 압력을 가해도 액화(液化)시켜 물을 만들 수 없다. 이것을 임계온도·임계압력이라고 한다.④ 상분리 [ phase separation , 相分離 , そうぶんり ]하나의 상을 형성하고 있는 물질계가 온도, 압력, 조성 등의 변수의 변화로 두 상으로 갈라지는 현상. 기체상-액체상, 액체상-고체상 등의 상분리 외에 용액과 혼정에서 조직이 상이한 두 상으로의 분리가 있다. 상전이의 하나이다.⑤ 임계점 [ critical point , 臨界点 ]물질의 2가지 상, 예컨대 기상과 액상이 공존해 있을 때, 그 온도나 압력 등의 상태를 점차 바꾸어 가면 결국은 2가지 상이 접도달한다. 이 점을 임계점이라 한다. 예컨데 액체의 상태 변화를 나타낸 그림에서 a1에 있는 액체가 일정한 온도에서 팽창하면 b1c1을 따라 증발이 진행돼 습증기의 상태가 되고, c1에 이르러 기체가 된다. 이상의 변화를 T2, T3…과 같이 온도를 높여 가면 bc는 차츰 접근하여 결국 Tc에서 1점 c에 합해진다. 이 점이 임계점으로 액체는 곧 기체로 변화한다. 임계점에 있어서의 압력을 임계 압력, 온도를 임계 온도라 한다.⑥ 임계온도 [ critical temperature , 臨界溫度 ]기체상과 액체상, 고체상의 상전이 현상에서 나타나는 특이점인 임계점(critical point)의 온도를 말한다. 이 온도보다 낮은 상태의 기체는 적당한 압력을 가하면 액체로 상태변화가 일어나지만, 이 온도보다 높을 경우, 액화되지 않는다. 열역학적으로는 온도와 압력, 부피 등을 변화시켜도 상태변화가 일어나지 않는 온도를 뜻한다.열역학적으로 온도·압력·부피를 변화시키면 기체의 액화, 액체의 기화 등의 변화가 일어난다. 하지만 특정 온도 이상이 되면 더 이상 압력에 따른 상태변화가 일어나지 않는데, 이런 상태가 되는 온도이다.기체상과 액체상, 고체상은 온도와 압력에 따라 나타나며 이를 도표화하면 몇 개의 특이점이 나타난다. 기체상과 액체상, 고체상이 모두 공존할 수 있는 삼중점(triple point)이 그 하나이고 액체상과 기체상의 상전이가 더이상 일어나지 않는 영역도 있는데 이를 임계점이라고 한다. 임계점이 나타내는 압력을 임계압력(critical pressure), 온도를 임계온도(critical temperature)라고 한다. 임계온도 이하의 영역에서는 도표상에 두 상의 경계가 형성되어 기체상과 액체상의 상전이가 일어난다. 하지만 임계온도 이상의 영역에서는 두 상이 서로 나뉘지 않는 초임계유체(supercritical fluid) 상태가 된다.⑦ 임계 용해 온도 [ 臨界溶解溫度 , critical solution temperature ]두 종류의 액체가 2액상으로 용해도는 온도의 상승(또는 하강)과 함께 증대하고, 어느 한계 온도 이상(또는 이하)이 되면 계 전체가 균일한 하나의 상이 된다. 이 한계의 온도를 임계 공용 온도라 한다.프레온 냉매와 오일의 용해 정도는 온도가 낮을수록 많아지는데, 어느 일정 온도가 되면 오히려 오일과 냉매는 분리하기 시작한다. 이와 같이 냉매와 오일이 분리하기 시작하는 온도이다.시약PhenolCAS number108-95-2Chemical formulaC6H6OMolar mass (g/mol)94.11Density(g/㎤)1.07Melting point(℃)40.5Boiling point(℃)181.7Solubility in water8.3g/100ml(20℃)초자및기구초 자규 격수 량Vial(유리병)14 ml10Beaker (비이커)100 ml5Thermometer (온도계)~200 ℃2Hot plate stirrer (교반가열기)~200 ℃1항온수조Φ140×L100mm1실험방법주의 : 페놀은 녹는점이 높으므로, 항온수조(80℃) 또는 건조기(50℃)를 이용해서 녹여둔다.녹는점이 높은 시료를 녹일 경우에는 반드시 흄 후드 내에서 시료 마개를 개봉한 후 녹인다.① 10개의 깨끗한 vial을 준비하고 아래의 표와 같이 번호대로 시료를 준비한다.② 각각의 바이알을 밀폐 후 수조 온도 75℃ 정도에서 15분 정도 방치하여 모든 바이알의 용액이 하나의 상이 되도록 한다. - A③ A를 식히면서 상기 용액이 뿌여지는 (불투명한 상태) 온도를 측정한다.④ 상기 바이알 용액을 다시 75℃ 정도의 수조에 10분간 흔들어주면서 방치하여 하나의 상(phase)의 맑은 용액이 되도록 한다.⑤ 온도 50℃ 부근에서 온도가 매우 일정하게 유지되는 다른 수조를 장만하고 그 안에다가 상기 바이알을 넣어 상분리가 일어나도록 한다. (주의사항 : 수조에서 바이알이 직각을 유지하도록 함.)⑥ 대략 15-20분 지나면 뿌연 상태가 사라지면서 층분리가 서서히 일어나고, 더 이상 층분리가 일어나지 않음을 확인한 뒤에, 아래층정한다.
< 05.흡착 예비 >실험날짜 : 2013. 04. 11 목 6789 / 20120543 박수지제목흡착최종목표아세트산 수용액으로부터 활성탄에 아세트산이 흡착될 때 흡착된 양을 계산하고, Langmuir 흡착 등온식을 사용하여 실험상수를 계산한다.세부목표1. 흡착의 원리 및 이론2. Langmuir 흡착 등온식 실험상수 계산.이론적배경고체표면의 분자 또는 이온들은 다른 입자들과의 결합에 의해 안정되는데, 결합을 이루지 못한 표면이 있을 때에는 고체(액체)는 접촉하고 있는 기체 또는 용해된 물질을 고체(액체) 표면으로 끌어당겨 붙잡아 두려는 경향이 있다. 이와 같이 고체 표면 또는 안쪽의 모세관이나 갈라진 틈으로 물질이 집중되는 현상을 흡착이라 한다.흡착(adsorption) 현상{} ^{1)}은 기체상 또는 액체상인 어떤 물질들이, 그 상과 접촉하는 다른 상(액체상 또는 고체상)과의 계면에서, 상의 내부와 다른 농도를 유지하면서 평형에 도달하는 것으로, 흡착은 원인에 따라 화학흡착{} ^{2)}과 물리흡착{} ^{3)}으로 나눈다.물리흡착은 고체 흡착제{} ^{4)}와 피흡착질{} ^{5)} 분자 사이의 물리적 힘(반데르발스 힘{} ^{6)})에 의해 기체가 액체로 응축되는 현상과 유사하다. 물리적 흡착에서는 어떤 화학적 특이성은 없으며, 온도가 충분히 낮거나 기체의 압력이 충분히 높으면 기체라도 아무 금속에나 흡착될 수 있다.화학흡착에서는 각 표면과 각 금속에 따라 특징적인 화학적 힘에 의해 기체가 고체 표면에 달라붙는다. 화학적 흡착은 보통 물리적 흡착이 일어나는 온도보다 훨씬 높은 온도에서 일어나며, 일반적으로 물리적 흡착보다 서서히 진행되며 대부분의 화학반응과 같이 활성화 에너지와 관련이 있다. 다음은 물리흡착과 화학흡착의 특성을 비교하였다.물리흡착화학흡착? Van der Waals force? Chemical bonding? 흡착된 분자의 구조변화 없음.? 흡착제와 흡착질 사이의 전자의 이동(공유결합).? 흡착열은 8~20kJ/mol.(액화열과 비슷)? 들 수 있다. 다음은 활성탄 바깥 표면이나 안쪽 표면으로 오염물이 모이는 것을 보여준다.> 오염물질을 흡착하는 활성탄흡착현상의 응용으로는 목탄에 의한 탈취나 음료수의 거르기, 수탄(獸炭)에 의한 탈색 등이다. 콜로이드 용액의 여러 가지 성질, 계면 동전 현상 등도 가끔 흡착과 관련시켜 논의되는 경우가 있다.흡착 현상에서 흡착제의 무게당 흡착된 물질의 양은 고체의 비표면적, 용액에서 평형상태에 있는 용질의 농도(가스상인 경우에는 압력), 온도, 내포되어 있는 분자들의 성질 등에 의존한다. 따라서 일정한 온도에서 용액 내의 농도와 흡착제에 흡착되는 용질의 양 사이의 평형관계를 나타내는 식을 흡착등온식{} ^{7)}이라 한다. 이 식은 평형상태에 있는 흡착계에 대해 일정 온도 하에서 흡착한 분자종의 분압 또는 농도와 흡착량과의 관계를 나타내는 곡선으로 표현된다.본 실험에서는 Langmuir 흡착 등온식을 사용하여 흡착제와 피흡착질 사이의 상호작용의 크기를 나타내는 실험상수를 계산하고자 한다. 일정온도에서 고체 흡착제와 평형에 있는 용액에서의 피흡착질 농도 c와 흡착제의 질량 x와 이에 흡착되는 피흡착질의 질량 사이에는 다음 관계식이 성립한다.{x} over {m} = theta =kc ^{n}log` {x} over {m} =log`k`+n`log`cx : 흡착된 용질의 무게 (gr)m : 흡착제의 무게 (gr)c : 피흡착질의 평형에서의 농도 (mol/L)k, n : 물질 및 온도에 따라 변하는 실험적 상수단지 상수 k는 흡착제와 피흡착질 사이의 상호작용의 크기를 나타내는 양이라고 정성적으로 생각가능n은 일반적으로 1보다 크다.1/n을 흡착지수 : 보통 0.2~1사이, 0.1~0.5는 흡착이 용이, 2이상은 흡착되기 어렵다.랭뮤어 흡착 등온식에 따르는 흡착일 경우 mc/x와 c에 관해 도시하면 직선이 얻어질 것이다.랭뮤어 흡착 등온식.물리학적으로 생각할 수 있는 가장 단순한 흡착 등온식은 다음 가정에 의해서 반응속도론이나 평형논리로부터 유도할 수 있다.· 흡착제안 되거나에 관계가 없다.θ : 고체표면 중 이미 용질분자가 흡착하고 있는 부분alpha c(1- theta )= alpha prime theta `````` -> ``````` theta = {ac} over {ac+ alpha prime }1-θ : 용질분자가 아직 흡착하고 있지 않은 부분ac(1-θ) : 용질분자의 흡착속도a‘θ : 탈착속도a, a‘는 상수비표면적(1g당 표면적)을 s라고 하면 질량 m(g)의 고체에 대해서는 전표면적 A는 sm으로 표시되므로, 흡착량을 θ 대신에, 이것에 비례하는 양 x/m 으로 나타내도 무관하다.{x} over {m} =a prime prime theta ``````` -> ````` {x} over {m} = {( {a`a prime prime } over {a prime } )`c} over {1+( {a} over {a prime } )`c} = {abc} over {1+ab}1) 흡착 adsorption , 吸着2개의 상(相)이 접할 때, 그 상을 구성하고 있는 성분물질이 경계면에 농축되는 현상이다. 대표적인 예로는 오래전부터 쓰인 숯이 있는데, 간장에 넣어 불순물을 제거해 주는 역할을 한다.용질이 두 상의 경계면을 지나 1개의 상으로부터 다른 상으로 이동하는 흡수(吸收)와는 구별되어 , 두 상의 경계면에서 그 상을 구성하고 있는 성분물질이 농축되는 현상을 말한다. 표면 또는 계면에 흡착이 일어날 때를 양흡착, 그 반대로 계면 쪽이 내부보다 성분 농도가 엷어진 때를 음흡착이라 하며, 다량의 양흡착을 일으키는 물질을 흡착제(吸着劑)라 한다. 예를 들면, 숯은 가장 오래전부터 쓰인 흡착제이며 특히 흡착력을 강하게 한 활성탄 등으로 사용된다. 그 밖에 각종 금속의 산화물, 특히 활성알루미나·실리카·산화타이타늄 등이 있고, 천연적인 것으로는 벤토나이트·산성백토·규조토(珪藻土) 등이 알려져 있다.2) 화학 흡착 chemisorption , 化學吸着고체 표면과 이것에 접하는 흡착 분자와의 화학적 결합으로 생기는 흡착을 말한. 질소가 활성탄이나 철에 흡착되는 경우 등이 이에 해당한다. 흡착 속도는 화학 흡착에 비해서 빠르고, 기체의 흡착에서는 저온이 됨에 따라 흡착량이 증대한다.4) 흡착제 adsorbent , 吸着劑기체 또는 액체인 흡착질을 흡수하는 물질. 흡착매라고도 한다. 탈색, 탈취, 유해물질의 제거, 탈습 외에 흡착력의 차를 이용하여 물질의 분류·정제에도 사용된다. 동의어 흡착매흡수현상에서 흡착질을 흡착하는 물질을 흡착제라 한다. 원자력분야에서 사용하는 흡착제의 예로는 활성탄?분자체(sieve)?실리카 겔 등이 있다.기체와 액체를 흡착하는 물질을 말한다. 공업적으로 이용되는 것으로는 활성탄, 규조토, 실리카겔, 활성 알루미나, 제올라이트, 활성 백토 등이 있다.5) 피흡착질흡착제에 들러붙는 물질6) 반데르발스 힘분자 사이에 작용하는 작은 힘의 하나. 두 중성 분자가 비교적 떨어져 있을 때도 서로 인력이 작용한다. 두 분자가 근접할 때 각 분자의 전자가 전기적인 반발을 하므로 서로 피하며 운동한다. 그러므로 어느 순간은 한 분자의 +전하를 띤 부분과 다른 분자의 -전하를 띤 부분이 마주쳐서 약한 전기적인 인력이 생긴다. 기체가 액화될 수 있고, 액체가 기화될 때 기화열을 필요로 하는 것은 분자 사이에 인력이 있기 때문이다. 기체의 압력은 그릇의 벽에 부딪치는 분자로 인해 생기며 바깥쪽으로 작용하나 분자사이의 인력은 서로 끌어당기므로 이상기체의 압력보다 작아진다. 따라서 압력의 감소는 분자 사이의 인력에 비례한다고 볼 수 있다. 또 분자 사이의 인력은 그릇 안에 들어 있는 기체농도의 제곱에 비례한다. 그런데 c=n/V(c=기체농도)이고 몰부피bar{V}=v/n(n=몰수, V=부피)이므로 C=1/bar{V}이 된다. 따라서 분자간 힘은 1/V에 비례하므로 그릇 안의 압력 감소는 1/bar{V} ^{2}에 비례한다. 이 힘이 반 데르 발스 힘이다7) 흡착 등온식 吸着等溫式 , adsorption isotherm흡착 등온선을 수식으로 나타낸 것, 이론적으로 구해진 것, 실험을 수P하에 기체가 고체 표면에 단분자층을 이루고 흡착할 때,흡착의 속도상수를 k1, 탈착의 속도상수를 k2라 하면, 고체 표면 중 기체로 덮여 있는 부분의 분율 는θ 압력과 다음과 같은관계식을 갖는다.θ＝k1P/(k2+k1P)이 식을 랭뮤어의 흡착등온식이라 한다. 지금 (k2+k1)＝a라하면 θ＝P/(a+P)가 된다. 한편, 흡착된 기체의 부피를v, θ＝1때의 부피를 vm라고 하면, v＝vmP/(a+P)가 되므로 P를 바꾸면서 v를 측정하면 vm를 산출할 수 있다. 여기서 흡착분자수를계산하여 기체분자의 단면적을 곱함으로써, 예를 들면 단위질량의 고체분말의 표면적을 산출할 수 있다. 랭뮤어의 식은 용액 내의 용질의 고체 표면으로의 흡착에도 적용되므로, 그때는P 대신에 농도 c를 사용하면 된다. 다만, 랭뮤어의 식이 성립하지 않는 경우도 많아 그 점에서는BET의 식 쪽이 뛰어나다.시약Acetic acidHydrochloric acidSodium hydroxidePhenolphthaleinCAS number64-19-77647-04-01310-73-277-09-8Chemical formulaCH3COOHHClNaOHMolar mass (g/mol)60.05?36.4639.99318.32Density(g/cm3)1.049(l)1.18(assay 36~38%)2.11.277 at 32℃Melting point(℃)16.5-27.3318262.5Boiling point(℃)118.11101390N/ASolubility in waterfully misciblemiscible111g/100ml(at 20℃)insoluble(very soluble in ethanol)초자및기구항 목규 격수 량Erlenmeyer flask (삼각플라스크)100 ml4Burette (뷰렛)50 ml1Beaker (비이커)100 ml14Magnetic bar (rod type)Φ 7×L20 mm1Thermometer (온도계)~ 200 ℃1Pipette (피펫)10 ml3진탕항온조(shaking ba90분)
08.고체의 용해도 예비
08.고체의 용해도 결과
