활성탄의 흡착 (Absorption Isotherms in solution)

소개글

용액 상에서 고체 분말의 표면에 흡착하는 양상을 흡착 등온식으로 알아본다.

목차

Title
Purpose
Theory

Procedure
Result
Discussion

본문내용

흡착은 표면현상인데 흡착에 의하여 다량의 기체나 액체로부터 물질이 물리적 혹은 화학적 힘에 의하여 표면에 붙어 있다. 흡착은 고체나 액체의 표면에서 일어나는데 표면의 종류와 흡착에 작용하는 힘의 형태에 따라서 흡착된 분자들이 한층 혹은 여러 층을 만든다. 흡착의 범위는 표면의 형태뿐만 아니라 그 자체의 표면적에 따라 달라지므로 어떤 주어진 물질에 대한 표면적이 크면 클수록 흡착이 많이 일어난다. 가장 유용한 고체 흡착제 중에는 실리카겔(SiO2)과 활성탄이 있다. 이 물질들은 아주 잘게 나누어질 수 있어서 흡착할 수 있는 표면적이 아주 크고 기체와 액체 용액의 용질을 흡착하는 특성을 가지고 있다.

고체 표면의 흡착력은 흡입된 물질의 양(혹은 몰수)과 흡착제의 단위질량당 흡착면적 측정으로 결정된다. 보통 흡착제의 단위질량당 용액에서 흡착된 용질의 양은 포화점에 이를 때까지 용질의 전체 농도에 의존한다. 또한 주어진 용질 전체 농도에서는 흡착제의 단위 질량당에 흡착된 양은 온도가 증가하면 감소한다. 만약에 흡착이 물리흡착이라면 흡착은 가역적이어서 흡착제를 평형용액에서 제거시켜 낮은 농도의 용액으로 옮기면 용질이 흡착제의 표면에서 떨어져서 새로운 평형을 만든다. 흡착이 화학흡착이라면 이와 같은 가역과정은 일어나지 않는다.

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Discussion
이번 실험은 Citric Acid의 활성탄(activated carbon)에 대한 흡착양상을 관찰했다. 또 그 결과를 계산하여 실험결과가 Langmuir 흡착 등온식에 얼마나 잘 부합하는지를 Graph로 도시해 봄으로써 살펴보았다.
Data 1, 2에서는 그 값을 비교하기 힘들지만, 이를 계산하여 얻은 값을 도시한 graph들을 살펴보면 그 흡착양상을 파악할 수 있으며, 그 흡착경향이 거의 선형을 이룸을 알 수 있다.
실험은 Citric Acid를 여러 가지 농도에서 흡착정도를 관찰하였는데(프로인드리히 흡착등온식, absorption isotherms) graph를 보면 높은 농도(flask no. 1, 2, 3)에서보다 낮은 농도(flask no. 4, 5, 6)에서 더 부드러운 선형을 보였다.
이렇게 나타나는 이유는 Langmuir 흡착 등온식의 이론에서 설명했듯, 모든 입자간 방해를 무시할 수 있는 매우 묽은 농도 범위에서 Langmuir 흡착 등온식이 더 잘 성립하기 때문이라고 생각된다.

이번 실험이 정확한 값을 얻기 위한 실험이라기보다 농도 변화에 따라 흡착양상을 알아보는 실험이지만이지만 오차가 생길 수 있는 원인을 생각해보면
1) 평형을 이루는 시간의 부족
: 보다 충분한 시간을 확보하는 것이 흡착양상을 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
2) 적정시 생기는 오차
: 적정시에 눈금을 보는 개인오차, 또 불순물에 의한 실험오차
3) 불순물에 의한 오차
4) 시약의 변질에 따른 오차 등이 있다.

참고 자료

없음