자연과학 다운로드 물리화학실험 - 함께끓는 혼합물 Up

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[자연과학]물리화학실험 - 함께끓는 혼합물

1. 실험목적
최저 끓는점을 갖는 이성분 액체계의 끓는점-조성 도표를 결정하고, 아베 굴절계를 사용하여 이성분 액체 혼합물의 조성을 결정하는 방법을 배운다.

2. 실험원리
(1) 함께 끓는 혼합물 (불변 끓음 혼합물)
‘공비 혼합물’이라고도 한다. 공비혼합물(Azeotrope)은 기체의 조성(composition)과 액체의 조성이 동일한 혼합물을 의미한다. 또한 이렇게 상태의 조성을 공비조성(Azeotropic composition)이라고 한다. 이러한 공비혼합물은 주로 분별증류의 특별한 예로써 설명되곤 한다. 공비혼합물을 형성하는 혼합물(다시 말해 특정한 조성에서는 공비혼합물을 이루게 되므로 조성의 변화에 따라 공비혼합물이 될 수 있는 잠재성을 지닌 혼합물을 의미한다. 이하에서는 `공비가능혼합물` 이라고 설명하겠다. `공비가능혼합물이 공비조성을 가지게 되면 공비혼합물이다.`라고 이해하면 되겠다. 공비가능혼합물이란 것은 설명의 편의를 위해 내가 만들어 쓰는 것임을 유의)은 특정한 조성에서 공비혼합물을 형성하므로 완전한 분별증류를 할 수가 없다.

(2) 라울의 법칙
라울의 법칙 (Raoult`s law)은 1887년 프랑스의 화학자 F.M. 라울이 유기용매에 유기화합물을 용해한 경우에 실험적으로 발견한 법칙이다. 묽은 용액에 대해 그 증기압력내림의 크기가 용액 중의 용질의 몰분율에 비례한다는 관계를 나타낸 것이다. 용매 n1mol에 용질 n2mol을 용해하였을 때, 증기압이 po에서 p로 강하하면,

또는 p〓p0 x1이 성립한다(x1은 용매의 몰분율).
전체조성의 영역에서 라울의 법칙을 따르는 용액을 `이상용액`이라 한다.
용질이 비휘발성인 경우, 그 묽은 용액의 증기압력내림을 측정해서 용질의 분자량을 결정할 수 있다.

(3) 이상용액의 증기압곡선
A, B 2성분계의 혼합물에 대하여 라울의 법칙을 적용해 보면
PB 〓PB(1-x)
여기서 PA, PB는 저비점과 고비점 성분의 증기분압, PA, PB 는 각 성분의 순수상태의 증기압이다.
지금 P로 전압을 나타내면
P 〓 PA + PB 〓 PA,x + PB(1-x)

돌턴의 분압의 법칙에 의하면 증기중의 성분 A의 몰분율인 y는 전압에 대한 A의 분압의 비와 같으므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.



(4) 벤젠과 메탄올의 혼합
이상적인 이성분계는 조성에 관계없이 전 조성 범위에 걸쳐 Raoult의 법칙을 따름을 알 수 있다. 비록 그 성질이 이상적인 것에 가까운 것들도 있지만, 대부분의 것들은 압력-조성 곡선에서 (+) 또는 (-) 의 편차를 나타낸다. 편차가 충분히 커서 전체압력 곡선이 최대치 또는 최소치가 생기게 하는 경우들도 많다. 증기압곡선에서 최소치가 있는 계는 온도-조성 곡선에는 최대치를 가지고 있고, 증기압곡선에서 최대치를 가지고 있는 계는 온도-조성곡선에서 최소치를 가지고 있다. 최고 끓는점과 최저 끓는점을 가지고 있으며 벤젠-메탄올 혼합물은 최저 끓는 혼합물을 가지고 있는 비이상계의 좋은 예이다. 대기압이 1기압일 때 함께 끓는 혼합물의 끓는점은 58.3 ℃이고 조성은 메탄올이 무게로 39.6%이다.







(높은 함께 끊은 점) (낮은 함께 끊은 점)

위에서 보여주듯이 온도-조성 그림은 두 개의 곡선으로 이루어져 있다. 위쪽 곡선은 끓는점에서 용액들과 평형을 이루고 있는 증기의 조성을 나타내는 것이고, 아래쪽 곡선은 이 용액들의 끓는점을 나타내는 것이다. 계가 함께 끓는 혼합물을 가지고 있으


자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=11064649&sid=sanghyun7776&key=



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