질산포타슘의 용해도 결과리포트 등록
[목차]
1. Title
질산포타슘의 용해도 ( Solubility of potassium nitrate )
2. Introduction
이번 실험에서는 온도와 압력에 따른 용해도의 영향에 대해서 학습할 것이고, 용해도 곡선에 대한 이해와 온도에 따른 용해도의 변화를 이용하여 오염된 물질의 순도를 높이는 실험을 하게 될 것이다.
3. Principle & Theory
고체 용질이 액체의 용매에 녹는 과정은 열열학적으로 다음과 같이 표현된다.
여기서 는 용질 분자가 용매 분자와 혼합될 때의 엔탈피의 변화이고, 는 엔트로피의 변화이며, 는 엔탈피와 엔트로피의 효과가 합쳐진 깁스 에너지(Gibbs energy)이다.
일정한 온도와 압력에서 용질이 자발적으로 녹기위해서는 이 되어야만 한다. 즉, 고체의 물질이 용매에 녹아서 에너지가 감소하거나 엔트로피가 증가하는 경우에만 용질이 자발적으로 녹게 된다. 용질이 녹을 때는 언제나 엔트로피가 증가하기 때문에 항상 이고, 용질의 농도가 증가하면 의 값은 감소한다.
따라서 용질이 녹으면서 열이 발생하는 경우()에는 는 용질의 농도에 상관없이 언제나 0보다 작게 되어서 용매에 녹을 수 있는 용질의 양에는 아무런 제한이 없게 된다. 그러나 용질이 녹으면서 열을 흡수하는 경우()에는 가 충분히 큰 경우에만 용질이 녹을 수 있으며, 더 많은 양의 용질이 녹게 되면 값이 의 값과 같아지고 이 되어서 더 이상 용질이 녹지 않는 포화상태가 된다. 포화상태에서는 용질이 녹으면서 에너지가 증가하는 것을 무질서도의 증가로 충분히 보상하지 못하기 때문에 용질이 자발적으로 녹지 않게 된다. 포화상태에 도달할 때까지 용매에 녹아 들어가는 용질의 양을 용해도(solubility)라고 한다.
한편 액체나 고체와 같은 응축상에서 와 는 온도변화의 폭이 대단히 크지 않을 경우에는 거의 일정한 값을 가진다. 그러나 는 온도에 따라 민감하게 변화하기 때문에 용해도는 온도에 따라서 달라진다. 온도가 증가하면 엔트로피 증가의 효과가 점점 더 커지기 때문에 일반적으로 용해될 때 열을 흡수하는() 물질의 용해도 는 온도에 따라 다음과 같이 증가한다.
따라서 용해도와 온도의 역수(1/T)를 그래프로 그리면 용질이 녹을 때의 엔탈피 변화 를 측정할 수 있다.
이 실험에서는 비교적 용해도가 큰 질산 포타슘()의 용해도가 온도에 따라서 어떻게 변화하는 가를 살펴보고, 이를 이…(생략)
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