[실험보고서] 액체-증기 평형 [함께 끓는 혼합물]

1. 실험제목 : 액체-증기 평형 (함께 끓는 혼합물)

2. 실험목적
benzene 50ml + methanol 소량 첨가 (1, 2, 3, 4, 5 ml) 와 methanol 50ml + benzene 소량 첨가 (1, 2, 3, 4, 5 ml) 의 용액을 가열하여 액화된 증기의 굴절률을 측정하고, 굴절률실험에서 측정한 benzene 및 의 혼합액의 굴절률를 가지고 함께 끓는 혼합물의 온도-조성 그래프를 그릴 수 있다.

3. 실험원리 및 이론

이상적인 이성분계는 조성에 관계없이 전 조성범위에 걸쳐 Raoult의 법칙을 따른다. 이상적인 것에 가까운 계들도 있으나 대부분의 계들은 압력-조성 곡선에서 양(+), 혹은 음(-)의 벗어남을 나타낸다. 벗어남이 충분히 커서 전체 곡선에 최대치 혹은 최소치가 생기게 하는 경우들도 많다. 증기압곡선에서 최소치가 있는 계는 온도-조성 곡선에서 최대치를 가지고 있고 증기압곡선에서 최대치를 가지고 있는 계는 온도-조성 곡선에서 최소치를 가지고 있다. 최고 끓는점과 최저 끓는점을 가지고 있는 용액들을 함께 끓는 혼합물(=불변끓음 혼합물)이라고 한다.
벤젠-메탄올 혼합물은 최저 끓는 혼합물을 가지고 있는 비이상계의 좋은 계이다. 대기압이 1기압일 때 함께 끓는 혼합물의 끓는점은 58.3℃이고, 조성은 메탄올이 무게로 39.6%이다

[높은 함께 끓는점 낮은 함께 끓는점을 갖는 혼합물의 온도 - 조성그림]

온도-조성 그림은 두 개의 곡선으로 이루어져 있다. 위쪽 곡선은 끓는점에서 용액들과 평형을 이루고 있는 증기의 조성을 나타내고, 아래쪽 곡선은 이 용액들의 끓는점을 나타낸다. 계가 함께 끓는 혼합물을 가지고 있으면 이 두 곡선들이 그 혼합물의 조성에 해당하는 점에서 0의 기울기를 가지고 서로 만난다. 온도-조성 그림을 실험적으로 알아내려면 여러 가지로 다른 용액들의 끓는점과 각 용액에 해당하는 증기의 조성을 측정한다.
이 실험에서는 굴절률을 측정함으로써 증류해 나온 액체와 증류되지 않고 남은 액체의 조성을 측정한다.

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