[화학과 물리화학 실험] Partial molar volume(부분몰랄부피측정)

소개글

5. 실험목적
열역학에서 중요하게 여기는 변수는 크게 세기 성질과 크기 성질 두 가지이다. 세기 성질은 온도나 압력 등의 어느 변수의 변화에도 독립적인 성질이며 크기 성질은 상태에 따라 상의 변화가 생기는 성질의 의미한다.
예를 들어, 부피(V), 에너지(E), 엔트로피(S), 엔탈피(H), Gibbs 에너지(G) 등은 크기 성질이다. 열역학에서 중요한 크기 변수 중 하나가 분몰 양인데 이 중 실험을 통해 가장 직접적으로 측정할 수 있는 것이 분몰 부피이다. 이 실험에서 분몰 부피를 비중병을 이용해 측정된 밀도로부터 얻어진 농도의 함수로써 계산해낸다.
6. 실험기구 및 시약
기구 : weld-type pycnometer(비중병), 비커, 부피 플라스크, 저울, thermostat(항온조), thermometer
시약 : 증류수, Sodium Chloride(NaCl)
7. 실험이론
◎ 분몰 양 partial molarquantity
세기 성질은 양에 무관한 성질로써 (P,T) 열역학에서 중요한 세기 변수 중 하나가 partial molar quantity이다. (여기서 Q=extensive quantities, =intensive) 한 성분의 한 상에 대해서 molar quantities ()가 가 되며, 이상적인 기체 또는 용액 상태에서는 어떤 partial molar quantities ()는 다르다. 이상적이지 않은 용액에서는 모든 partial molar quantities는 molar quantities와 다르고 그 차이가 종종 관심의 대상이 된다. homogenius function f(n~ni, 성분수 1개)에 대해 인 열역학적 세기 변수 Q에 적용하면 …ⓐ
조성이 일정한 계에서 Q는 조성, 압력 그리고 온도에 의존하며 P,T 및 조성이 미세하게 변할 때 I개의 성분수를 가지고 …①로 표현
또한 Q는 ⓐ미분식에 의해 …②
①=②이므로
온도와 압력이 일정한 경우 (constant P and T) ⇒ Gibbs-Duhem식 …③
몰 양은 다른 성분의 몰 양에 무관하게 독립적으로 변화 시킬 수 없다.
2성분 혼합물의 경우 한 몰분량이 증가하면 다른 성분의 몰분량은 감소한다.
예를 들어 NaCl 분몰 부피가 증가하면 물의 분몰부피는 감소한다. 실제 ③식은 2성분 혼합물에서 한 성분의 분몰 부피로 다른 성분의 분몰 부피를 구하는 데 이용된다.
◎ 분몰 부피 partial molar volume
분몰 부피란 혼합물 시료 중 한 성분이 전체 부피에 기여하는 부피이다. 이상용액의 부피는 단순히 각 성분 부피의 합이나 실존용액은 그렇지 못하다. 일반적으로 한 혼합물 속에서 물질 A의 분몰 부피는 큰 부피의 그 혼합물에다가 1mol의 A를 가하였을 때의 부피 변화이다. 혼합물의 조성이 순수한 A로부터 순수한 B로 변함에 따라 성분 분자들의 환경이 변해 각 성분들의 분몰 부피는 조성에 따라 달라진다. 이것은 분자 환경과 그에 따른 분자간의 힘의 변화에 의해 혼합물의 열역학적 성질이 조성에 따라 변하는 것이다. 압력, 온도, 다른 성분의 조성을 일정하게 했을 때 성분 I의 몰수에 대한 V의 편미분을 분몰랄 부피
순수한 물질의 분몰랄 부피는 자기의 몰부피와 같다. 즉
즉 주어진 농도에서 분몰랄 부피 를 알면 이 식을 써서 그 농도에서의 용액 부피V를 계산할 수 있다.

목차

1. 실험제목
2. 실험일
3. 실험조원
4. 날씨
5. 실험목적
6. 실험기구 및 시약
7. 실험이론
8. 실험방법
9. 실험결과
10. 고찰

본문내용

5. 실험목적
열역학에서 중요하게 여기는 변수는 크게 세기 성질과 크기 성질 두 가지이다. 세기 성질은 온도나 압력 등의 어느 변수의 변화에도 독립적인 성질이며 크기 성질은 상태에 따라 상의 변화가 생기는 성질의 의미한다.
예를 들어, 부피(V), 에너지(E), 엔트로피(S), 엔탈피(H), Gibbs 에너지(G) 등은 크기 성질이다. 열역학에서 중요한 크기 변수 중 하나가 분몰 양인데 이 중 실험을 통해 가장 직접적으로 측정할 수 있는 것이 분몰 부피이다. 이 실험에서 분몰 부피를 비중병을 이용해 측정된 밀도로부터 얻어진 농도의 함수로써 계산해낸다.

6. 실험기구 및 시약
기구 : weld-type pycnometer(비중병), 비커, 부피 플라스크, 저울, thermostat(항온조), thermometer
시약 : 증류수, Sodium Chloride(NaCl)

7. 실험이론

◎ 분몰 양 partial molarquantity
세기 성질은 양에 무관한 성질로써 (P,T) 열역학에서 중요한 세기 변수 중 하나가 partial molar quantity이다. (여기서 Q=extensive quantities, =intensive) 한 성분의 한 상에 대해서 molar quantities ()가 가 되며, 이상적인 기체 또는 용액 상태에서는 어떤 partial molar quantities ()는 다르다. 이상적이지 않은 용액에서는 모든 partial molar quantities는 molar quantities와 다르고 그 차이가 종종 관심의 대상이 된다.

참고 자료

신형식, Laboratory Manual, 전북대학교 환경화학공학부, 전북대(전주), p6-10, 2005
http://mbel.kaist.ac.kr/lecture/che201/ch2.pdf
Gibert W. Castellan, PHYSICAL CHEMISTRY, Third edition, University of Maryland.
Rovert H. Perry, Perry;s Chemical Engineer`s Hand book, 6th edition, Mc Graw-Hill, singapore, 1985