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[實驗report]물리實驗 증기압측정(測定) 實驗 report

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설명

Ⅰ. 서론

목적

일정한 온도에서 밀폐된 용기에 액체를 넣어 두면 액체의 표면에서 끊임없이 증발이 일어나면서 액체의 양은 점점 감소하지만, 응축되는 기체 분자수도 증가한다. 일정시간후에는 증발과 응축속도가 같은 동적평형 상태에 이르게 되며, 이때 액체의 증기가 나타내는 압력을 그 온도에서 액체의 증기압(포화증기압)이라고 한다.
이 증기압은 정해진 온도에서 액상과 기상이 평형상태로 각각 존재하는 한, 존재하는 액체와 기체의 양에 관계없이 일정하다. 온도가 증가함에 따라서 증기압 또한 임계점까지 상승하며, 임계점에서는 두 개의 상이 균일하게 되어서 한 개의 상을 갖는 유체가 된다된다. 만약 액체표면 위의 압력을 일정한 값으로 유지 시킨다면, 그 액체의 증기압이 외부의 압력과 같아 질 때 까지 액체의 온도가 상승할 것이다. 이 와 같이 외부의 압력과 증기압이 같아지는 지점에서, 액체는 표면에서 뿐만아니라 액체의 내부에서 기포가 형성되면서 증발하게 된다된다. 이 온도가 정해진 외부 압력에서의 끓는점이다.
즉, test(실험) 에서는 외부압력을 일정하게 하여 액체의 끓는점을 측정(measurement)하는 동역학적 방법(dynamic method)을 통해 300 mmHg에서 760 mmHg의 범위에 걸쳐서 액체의 증기압을 측정(measurement)하고, 그 변화를 측정(measurement)하여 그래프로 나타내고 증기압의 log값과 절대온도의 역수값(1/T)을 이용하여 시료의 증발열(ΔHVAP)을 결정하고자 한다.

Ⅱ. 본론

1. test(실험) theory

끓는점의 온도는 외부압력의 함수로 외부압력에 대한 끓는점의 변화는 온도에 대한 증기압의 변화와 동일하게 나타난다. 일반적으로 증기압은 온도와 함께 지수함수적으로 증가하여 그 관계는 Clausius - Clapeyron 식으로 설명(explanation)할 수 있다.

Clausius - Clapeyron 식

이식의 전개에는 몇 가지 가정이 따른다.
① 액체의 기체상 사이의 평형상태
② 증기는 이상기체이다.
③ 액체의 몰부피는 증기의 몰부피에 비교해 무시할 수 있다.
④ 증발열은 온도에…(skip) 무관하다.

상평형 그래프의 일부를 보면, 액체(α)와 기체(β)의 경계선 위 모든 점에서 서로 평형에 있다. `가정①` 상전이는 선 위에 있는 일정한 온도와 압력에서 발생한다.
평형에 있는 α-β 선 어디에서든 Gibbs free energy는 0이 된다된다.
ΔG = 0.
ΔG = Δ H TΔS 이므로,
즉,
(1)
상이 전이될 때, 이 방정식에서 나타나는 변수들은 일반적으로 다음과 같이 정의(定義)된다된다.

ΔG = Gβ Gα (2)
ΔS = Sβ Sα (3)
ΔH = Hβ Hα (4)

ΔV도 동일한 방법으로 정의(定義)할 수 있다.

ΔV = Vβ Vα (5)

선위에서의 ΔG는 일정하고, 0이라는 특정한 값을 따른다.

(6)

(7)
dG = SdT + Vdp을 이용하여 다음과 같은 식을 알 수 있다.
(8)

(9)

식 (8)과 식 (9)을 식 (7)에 적용시키면

Clapeyron 방정식 1 (10)

식(1)의 ΔS를 식(10)에 넣으면



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