[물리화학실험]다니엘 전지의 열역학

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 기구 및 시약
4. 실험 방법
5. 주의 사항
6. 실험 결과
7. 토의 사항
8. 참고 문헌

본문내용

본 실험의 목적은 다니엘 전지를 사용하는 법을 익히고, 기전력을 측정하여 산화 환원반응의 열역학적 함수값 ∆G를 결정하는 법을 공부하는 데 있다. 다니엘 전지는 다니엘이 1836년 발명한 1차 전지로 황산 아연 용액에 넣은 아연을 양극, 황산구리 용액 속에 넣은 구리를 양극으로 하여 두 용액을 염류 용액으로 이어서 만든 전지이다. 여기서 염류 용액으로는 염다리를 사용한다. 자유에너지는 물질의 열역학적 성질을 규정하는 함수로, 어떤 화학반응이 계속 진행될 때 유효한 일을 하는 에너지이다. 다니엘 전지는 기본적으로 산화환원반응이며 전극전위는 Nernst식을 이용해 구할 수 있다.

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1.1. 자유에너지(free energy)
물질의 열역학적 성질을 규정하는 함수로, 어떤 화학반응이 계속 진행될 때 유효한 일을 하는 에너지이다. 헬름홀츠의 자유에너지와 기브스의 자유에너지의 두 종류가 있다. 열을 흡수하면 이 값이 증가하고, 방출하면 감소한다. 물질이 열평형 상태를 이룰 때는 이 값이 극소일 때이다.
1.2. 패러데이 상수(Faraday constant)
보편상수의 하나로 전해질의 전기분해에서 1g당량의 물질을 석출하는 데 소요되는 전기량을 말한다. 간단히 패러데이라고도 한다.

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1.1.1. 400㎖비커에 물 200㎖를 넣고 한천과 질산칼륨을 조금씩 적당량 넣으면서 다 녹을 때까지 가열하면서 저어준 후 이 용액을 U자관에 넣어 식혔다. 그 다음 황산구리와 황산아연 용액을 만들었다.
1.1.2. 황산구리의 경우 100㎖ 부피플라스크에 증류수를 적당량 넣은 후 1몰은 황산구리 고체 24.968g, 2몰은 49.936g을 넣고 녹인 다음 증류수를 플라스크 표시선까지 넣었다.
1.1.3. 황산아연의 경우도 마찬가지로 100㎖ 부피플라스크에 증류수를 적당량 넣은 후 1몰은 황산아연 고체 28.754g, 2몰은 57.508g을 넣고 녹인 다음 증류수를 플라스크 표시선까지 넣었다.
1.1.4. 황산구리, 황산 아연용액을 두 비커에 담고 준비해 둔 염다리에 솜을 넣은 후 두 용액에 넣어 연결했다.

참고 자료

Physical Chemistry 3rd Ed. by Castellan, Chapter 10, 17. p.375