물의 증기압 측정 3조 공병구 최설아 신미정 이금진 김민선

목 차 실험 목적 실험 이론 실험 기구 및 시약 실험 방법 실험 시 주의 사항 실험 결과 및 데이터 처리 참고문헌

실험 목적 물의 온도 변화를 통해 이에 따른 증기압과 증발열을 측정하고 Clausius-Clapeyron식을 사용하여 증발열을 구한다.

이론 증발 : 액체에서 기체로 변화하는 과정으로 이 증발 과정은 액체내의 비교적 강한 분자간 인력을 극복하기 위해 에너지가 소모되는 것이므로 발열 반응이다.

증발열 : 기압의 압력에서 액체 1mol이 증발하는데 필요한 에너지로 단위로는 J/mol을 사용한다. 증기압 : 평형 상태에서의 증기의 압력을 액체의 평형 증기압 혹은 증기압이라고 하며 증기압은 온도에 따라 변화한다.

Clausius-Clapeyron 식 : 온도에 의한 증기압의 변화 관계를 나타내며, 이 식의 전개에는 몇 가지의 가정이 따른다. ⑴ 액체와 기체상 사이의 평형 상태 ⑵ 증기는 이상기체이다 ⑶ 액체의 몰부피는 증기의 몰부피에 비교 해 무시할 수 있다. ⑷ 증발열은 온도에 무관하다.          

( △Hvap : 증발열, Pvap : 증기압, R : 기체 상수, C : 각 물질의 고유한 상수, 2 ( △Hvap : 증발열, Pvap : 증기압, R : 기체 상수, C : 각 물질의 고유한 상수, 2.303이라는 숫자는 상용 대수와 자연 대수 사이의 전환 인자(ln x = 2.303 log x) )

기체상태 입자들 사이의 거리가 물질의 상태 중 가장 멀어서, 분자의 운동이 가장 활발하며 모양과 부피가 일정하지 않은 상태.

기체상수 ① ③ ② ④

기체의 압력 ① 압력 : 어떤 면의 단위 넓이에 작용하는 힘 ② 기체의 압력 : 기체 분자의 충돌에 의해서 그릇의 벽의 단위 면적에 작용하는 힘=>기체상태는 압력을 함께 나타냄. ③ 단위 : Pa(파스칼). 1Pa=1N/m2

대기압 ① 단위 : 해면에서의 평균 대기압인 101325Pa를 1기압으로 정함. 1기압(atm)=101325Pa=760mmHg =760torr ②대기압의 측정 : 토리첼리의 실험 1기압(atm) : 수은주의 높이가 760mmHg일 때의 압력

실험 기구 및 시약 눈금 실린더(10ml) , 3L 비커 온도계 , 삼발이 , 링 , 클램프 가열기구 , 얼음

실험 방법 ① 먼저 기압계로 대기압을 정확히 측정한다. ② 10ml 눈금 실린더에 물을 2/3정도 채운 후 손가락으로 위를 막은 뒤 물로 채워진 큰 비 커에 거꾸로 세워 바 닥까지 담근다.

③ 4~5ml의 공기가 눈금 실린더에 들어있어야 하고, 비커에 물을 채워 실린더 속 공기가 들어 있는 부분이 비커의 물 속에 완전히 잠기도록 한다. ④ 비커를 약 80℃까지 가열하면서 실린더 내의 기체 부피를 관찰한다.

⑤ 기체의 부피가 눈금 실린더 의 눈금을 초과할 때 가열을 멈추고 물을 식힌다. 물이 식으면서 기체가 수축하면 ⑤ 기체의 부피가 눈금 실린더 의 눈금을 초과할 때 가열을 멈추고 물을 식힌다. 물이 식으면서 기체가 수축하면 기체의 부피를 정확하게 측 정하고, 그 때 물의 온도도 정확히 측정한다. 이 때, 비커의 물 온도가 균일하도 록 유리 막대로 가끔 저어 준다.

⑥ 부피 측정 시 눈금 실린 더의 물 높이가 비커내 의 수면 높이와 동일하 지 않으면 내부 기체압 력과 대기압이 정확하게 일치하지 않으므로, 눈 금 실린더와 비커의 물 높이를 맞춘 뒤 부피를 측정한다.

⑦ 부피 측정시 거꾸로 된 매니스커스를 보정하기 위하여 측정값에서 0.2ml를 뺀다. ⑧ 온도를80℃부터 50℃까지 5℃간격으로 기체의 부피와 물의 온도를 측정한다.

⑨ 온도가 50℃에 도달한 후 3L비커 주위를 냉각시켜 5℃이하로 낮추고 이 때 기체의 부피와 물의 온도를 측정한다. ⑩ 각 온도에서 측정한 기체의 부피로부터 기체 혼합물 중에 공기의 분압을 공기의 몰 수와 이상기체 상태방정식 (P공기의 분압= n공기RT/V)을 이용하여 계산한다.

⑪ 각 온도에서 물의 증기압을 돌턴 분압 법칙 (P대기압=P공기압+P증기압)을 이용하여 계산한다. ⑫ 클라우지우스-클라페이롱 식을 이용하여 증발열을 구한다.

실험시 주의 사항 ① 눈금 실린더를 거꾸로 사용하기 때문에 반드시 보정을 해주어야 한다.(부피보정) ② 부피 측정시 눈금실린더의 물 높이가 비커내의 물 높이와 같아야 한다.(압력보정) ③ 눈금 실린더가 비커내의 바닥에 닿아서는 안되고 너무 떨어져 있어도 안된다.

실험 결과 및 데이터 처리 ◈공기의 몰수(5℃에서의 값) ◆ 1차 실험 공기의 몰수 nair =1.58*10-4 ◆ 2차 실험 공기의 몰수 nair =1.28*10-4

◈증기압 구하는 방법 PH2O = P1atm – Pair ◆ 80℃일때

문헌치 1차 증기압 2차 80℃ 355.1mmHg 8.6ml 359mmHg 7.2ml 372mmHg 75℃ 289.1mmHg 7.3ml 293.7mmHg 6.1ml 307.9mmHg 70℃ 233.7mmHg 6.3ml 228mmHg 5.2ml 237.3mmHg 65℃ 187.5mmHg 5.7ml 180mmHg 4.7ml 1901mmHg 60℃ 149.4mmHg 5.3ml 146mmHg 4.3ml 146.3mmHg 55℃ 118.0mmHg 5.0ml 118.3mmHg 4.0ml 110.2mmHg 50℃ 92.5mmHg 88mmHg 3.8ml 86.4mmHg 5℃ * 3.6ml 2.9ml

실험치＊문헌치 증기압

실험치＊문헌치 증발열

참고문헌 ＊물리화학실험 자유아카데미 이문득 저 ＊물리화학 Gordon M. Barrow 5th Edition 자유아카데미 김양 외10명 저 ＊물리화학 R. Alberty and F.Daniels 탐구당 * CRC Handbook 6-3