순수한 액체의 증기압

1. 실험목적 :

증발은 액체의 분자가 액체의 표면을 이탈하는 것이며 이는 상태변화의 한 과정이다.이 실험에서는 물이 증발할 때 이로 인한 증기압을 구하고, 증발열을 구한다.

또 ,물은 1기압에서는 100에서 끓게 되지만 압력이 낮아지면 이보다 낮은 온도에서 끓게 되는데, 그 이유는 물의 증기압력이 낮아지기 때문이다. 물의 증기 압력과 외부의 압력이 같아지게 되면 물이 끓게 되는데 외부의 압력이 낮아지면 그만큼 낮은 압력에서 평형을 이룬다고 생각할 수 있기 때문이기도 하다. 이런 관계를 이용하여 압력과 온도와의 관계를 설명하고 있는 것이 Clausius-Clapeyron식이고 이것의 계산법을 알아본다.

2. 이론 :

♣ 증기압

한 순수한 액체가 진공상태에 있으면 액체의 온도와 본성에 의해서 결정되는 일정한 증기압에 도달할때까지 분자들은 액체상으로부터 기상이 된다. 이때 평형에 도달한 압력을 그 액체의 증기압이라 부fms다.

이 평형증기압은 정해진 온도에서 액상과 기상이 평형상태로 각각 존재한는 한 존재하는 액체와 기체의 양에 관계없이 일정하다.

액체표면 위의 압력을 일정한 값으로 유지시킨다면 그 액체의 증기압이 외부의 압력과 증기압이 같아지는 지점에서 액체는 표면에서 뿐만아니라 액체의 내부에서 기포가 형성되면서 증발하게 되는데 이때의 온도가 정해진 외부압력에서의 끓는점이다.

♣ P-T 와 T- 열 간의 관계

평형 상태의 열역학적 항목들은 순수액체들의 온도에 따라 증기압의 변화를 예시한다. 아래의 Clausius-Clapeyron식은 보통 이 변화를 설명하는데 이용된다.

[eqn: dp over p `=` {{Delta H sub vap} over R} dT over T sup 2]

위 식을 쉽게 적분할 수 있으며 그 결과는 다음과 같다.

[eqn: dln p `=`- {Delta H sub vap} over R ` d( 1overT )]

한정된 온도범위에서 [eqn: {Delta H sub vap}]는 거이 일정하다고 간주할 수 있고, 이를 다시 한번 적분하면

[eqn: log P `=-` {Delta H sub vap} over2.303RT + 상수]    와 같다

이는 순수한 액체의 증기압 실험데이터를 아주 간단히 설명할 수 있다

따라서 위의 가정들을 만족하는 조건에서

logP 대 1/T를 도시하면 직선이 되며, 기울기는 [eqn: -{Delta {overline H} sub vap} over {2.303 R}] 이다.

3. 실험 기구 및 시약

•기구 - Ballast 병, 가열망태기, 온도계(100℃,± 0.1℃), 수은압력계, 진공펌프, 가열플라스크,

•시약 - 증류수, 메탄올

4. 실험 방법

(1) 증류수 100ml를 삼구플라스크에 넣고  manometer와 연결한다.

(2) 냉각기의 냉수를 보내고 A코크를 닫은 후 진공펌프를 가동시켜 압력계가 50이상이 되는것을        확인한 후 가열을 시작하여 시료가 끓을 때(프라스크안에서 기포가 발생할 때)의 온도와           두 압력을 기록한다.

(3) A코크를 열면서 장치내의 압력이 앞에 눈금보다 차이가 약 50mmHg이하가 되도록 공기를 주입       하고 다시 끓는온도와 압력을 기록한다.(한쪽의 manometer를 기준으로)

(4) 위와같은 방법으로 압력에 5번의 변화를 주어 그때마다의 압력과 끓는온도를 측정한다.

(5) 용매 메탄올을 가지고 다시 가열하여 끓는점과 그때의 압력을 측정한다.

(6) 같은 시료로 실험을 3번 반복한다.

		1			2			3			4			5
		왼쪽	오른쪽	끓는점	왼쪽	오른쪽	끓는점	왼쪽	오른쪽	끓는점	왼쪽	오른쪽	끓는점	왼쪽	오른쪽	끓는점
증류수	1
	2
	3
메탄올	1
	2
	3

5.실험결과

물 ≒42	T(℃)
	1/T(K-1)
	P(mmhg)
	log P(mmhg)

메 탄 올 ≒64	T(℃)
	1/T(K-1)
	P(mmhg)
	log P(mmhg)

***P(평형압력=증기압 구하기)

평형압력(P) = 절대압력(760mmHg-대기와연결됨) - 계의대기압(실험압력차이=왼쪽압+오른쪽압)

***증발잠열(△Hvap)구하기

Clausius-Clapeyron Equation 식  [eqn: log P `=-` {Delta {overline H} sub vap} over2.303RT + 상수]에 의해서

-△Hvap/2.303R 는 IogP와 1/T에 대한 기울기 이다.

logP(mmHg) 와 1/T(K-1)의 값으로 최소자승법을 이용하여 기울기를 구한다.

따라서, 증발잠열(△Hvap)을 구할수 있다.

△Hvap(KJ/mol) = - 기울기(K) * 2.303  * R {R= 8.314J/(mol.K)}

***logP(mmHg) 대 1/T(K-1)의 실험값과 이론값(최소자승법)을 같이 도시하여 실험의 오차를 한눈에 비교하여 보자.

(n=5, x=1/T, y=logP, A=기울기, B=y절편)

A =  , {[1/K*log(mmHg/mmHg)]/[(1/K)2]}     B =