화공생명공학실험(평형의 정의와 평형조건, 열역학 법칙, 기-액 평형, 라울의 법칙, 검량선 작성, 기-액 평형 실험)

소개글

가시적으로 판별하기 힘든 기-액 평형의 원리를 이해하고, 온도, 압력과 같은 조작변수에 의한 상평형의 변화를 이해한다.
․ 실험적으로 얻어낸 데이터와 문헌 데이터 값을 비교하여 기-액 평형과 증류에 대한 기초지식과 장치의 조작방법을 이해하도록 한다.

목차

1. 실험목적

2. 이론
1) 평형의 정의와 평형조건
2) 열역학 법칙들
3) 기-액 평형
4) 기-액 상평형이 어디에, 어떻게 적용되는가?
5) 화학 퍼텐셜
6) 깁스 자유에너지
7) 라울의 법칙
8) fugacity(coefficient) & activity(coefficient)
9) Antoine Equation
10) 기-액 상평형 선도(메탄올/물 계) 및 해석방법
11) 그 밖에 필요하다고 생각되는 이론


3. 시약의 성질

4. 실험 장치

5. 실험 방법
A. 검량선 작성(Calibration Curve)
B. 기-액 평형 실험

본문내용

2. 이론

1) 평형의 정의와 평형조건

계와 주위에서 허용 가능한 변화나 변환이 존재한다는 가정 하에서 계가 자발적으로 변화하고자 하는 어떠한 모습도 보이지 않는 계의 상태이다. 평형 상태에서 계의 임의의 성질은 시간에 독립적이며 따라서 계의 지나온 역사에 영향을 받지 않는다. 더욱이 계는 안정하며 외부조건의 미시적인 변화에 어떤 변화도 나타나지 않는다. 평형상태는 정상상태와 구분되며 계의 경계를 통해서 발생 가능한 어떤 변화에도 플럭스의 순 변화가 없는 상태이다. 즉, 반응의 속도가 0인 것으로 관찰되는 상태를 평형상태라고 할 수 있겠다.

2) 열역학 법칙들

① 열역학 제 0 법칙
‘계의 물체 A와 B가 열적 평형상태에 있고, B와 C가 열적 평형상태에 있으면, A와 C도 열적 평형상태에 있다.’ 라는 것으로 열역학의 출발점이라 할 수 있다.
② 열역학 제 1 법칙
‘에너지 보존의 법칙’ 즉, 어떤 형태의 에너지가 다른 형태의 에너지로 바뀔 수는 있으나, 스스로 생성되거나 소멸되지는 않는 것을 말하는 것이다.
어떤 계가 한 상태에서 다른 상태로 변할 때, 그 사이에 얻어진 총 에너지는 외부에서 작용한 일 W와 외부에서 들어온 열량 Q의 합과 같은데 이 값은 초기와 최종의 상태만으로 결정되며 과정과는 상관없는 양이다. 이 W와 Q의 합은 두 상태량의 차이와 같으며, 이를 내부에너지(∆U)라고 한다. ‘외부에서 열이 들어오지 않고 일도 받지 않았다면, 그 계의 에너지는 변하지 않는다.’라고 하는 것이 열역학 제 1법칙인 것이다.
③ 열역학 제 2 법칙
열역학 제 2 법칙은 에너지가 흐르는 방향을 규제하는 성격을 띠고 있다. 이를 위해 물질의 상태로만 결정되는 엔트로피라는 양을 정의하고, 이것으로부터 ‘열의 출입이 차단된 고립계에서는 엔트로피가 감소하는 변화가 일어나지 않고, 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로 변하며, 결국에는 엔트로피가 극대 값을 가지는 평형상태에 도달한다.’ 라는 결과를 이끌어 내었다. 여기서 엔트로피는 무질서도를 나타내는 척도로 계의 무질서도가 높을수록 엔트로피의 값이 커진다.
④ 열역학 제 3 법칙
네른스트의 열 정리 또는 네른스트 - 플랑크의 정리라고 하는 것으로, 열역학과정에서의 엔트로피 변화 ΔS는 절대온도 T가 0이 됨에 따라 0이 된다는 것을 말한다. 간단히 설명하면 ‘모든 결정물질의 절대 0도에서의 엔트로피는 0이다.’ 라고 정리할 수 있겠다.

3) 기-액 평형
기체상과 액체상 사이의 상평형을 뜻하는 말. 예로는 2성분 이상의 액체를 일정한 온도, 압력하에 일정 시간동안 놓아두면 그 액체와 액체의 증기 사이에서의 평형을 들 수 있다.
주로 흡수조작에 대한 설계를 계산할 때 쓰는 데이터로 관련 법칙으로는 라울의 법칙과 헨리의 법칙등을 들 수 있다.

4) 기-액 상평형이 어디에, 어떻게 적용되는가?

증기와 액체사이의 혼합유체의 평형, 또는 임의의 유체의 두 개의 상에 식을 적용할 수 있다.

5) 화학 퍼텐셜

계에 물질을 가할 때 그 계의 깁스 자유에너지가 어떻게 변화하는지 보여 주는 함수로, μ로 표시하며 그 값은 다음과 같이 나타난다.
μi = (∂G/∂ni)T,P
만약 μ > 0 이면 n이 증가함에 따라 깁스 자유에너지도 증가한다.

참고 자료

없음