삼각도를 이용한 상평형도 예비

목차

1. 실험 목적

2. 바탕 이론
1) 자유도
2) 깁스 상 규칙
3) 상평형도
4) 삼각도 읽는 법
5) 맺은 선
6) 상경계도

3. 실험 도구
1) 분액깔때기
2) 아세톤
3) 톨루엔

4. 실험 방법

5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
3성분계에 있어서 상평형도를 이해하고 작성할 수 있어야 한다. 임의의 조성에 해당하는 액체의 3성분계를 삼각도상에 배열할 수 있고, 1상 영역과 2상 영역을 구분하여 상경계도를 찾고 맺은선을 작도한다.

2. 바탕 이론
1) 자유도
자유도는 독립인 값들의 개수로 평형상태에 있는 여러 상의 계에 대하여 계의 상태를 결정하기 위해서 자유롭게 변화 시킬 수 있는 독립변수의 수를 말한다. 평형을 이루고 있는 계에서 독립적으로 규정지을 수 있는 세기변수의 수를 그 계의 자유도 수라고 한다. 세기변수(intensive variable)는 계의 크기에 무관한 변수를 의미한다.

2) 깁스 상 규칙
깁스 상 규칙은 열역학 계에서 열역학 평형 상태로 공존할 수 있는 상의 수를 결정하는 규칙으로 다음과 같다.

<중 략>

물질의 수와 Phase 개수 말고도 독립적으로 실험자가 압력과 온도를 바꿀 수 있으므로 2를 더해준다.

이 식의 유도 과정은 다음과 같다.

C개의 성분과 P개의 상이 있는 평형상태의 닫힌계를 가정하면, 각각의 상은 C개의 변수 몰분율 X를 포함하고 있다. 각 몰분율 X의 합은 1이므로 독립변수의 수는 C-1가 된다. 이 때 상의 개수가 P개이므로 조성에 관한 변수는 P(C-1)개 이다. 평형상태인 계에 의해 화학 퍼텐셜은 모든 상에서 일정하다. 열역학 원리에 따라 화학 퍼텐셜은 몰분율에 의해 정해지므로, 각 성분마다 P-1개, 계 전체에서는 C(P-1)개의 독립변수를 빼 주어야 한다. 이를 정리하면 다음과 같이 깁스의 상률 공식이 유도된다.

<중 략>

P=1이면 F= 2이므로 2가지에 따라 결정되는 값을 가지고 P=2이면 1가지에 따라 결정되는 값을 가진다. P=3이면 물에서 삼중점에 해당되므로 모든 변수들이 상수로 되어 고정된 값으로 유일하게 한 점이 있다. Figure 1을 보면 삼중점(triple point) 점이 있는데 변수가 없이 상수로 고정된 값이므로 F=0이고 F=1인 경우 상태변화 곡선을 따라간다.

참고 자료

Physical Chemistry 제6판, G.M.Barrow, p.295~296
화학공학열역학 7판, J. M. Smith, p.295~305
단위조작 7판, Warren.L.McCabe, p.655~656