Stefano Stefano   39-08-02 00:00 (0) 용어에서 혼동하고 있는듯 합니다. 먼저 용어부터 정리하고 넘어가겠습니다. 순성분증기압=농도100%일때 나타내는 증기압 어느 성분의 증기압=용액에서 어느 성분이 나타내는 증기압 분압= 기상에서 어느 성분이 나타내는 압력     = 용기를 그 성분만의 증기로 채울때 나타내는 압력 용액이 장시간 기상과 평형을 이루고 있을때 나타내는 증기압을 포화증기압이라고 하고 각 성분의 포화증기압은 그 성분이 액상에서 나타내는 증기압과 같으며 이상용액인 경우, 이는 순성분 증기압과 액상의 몰분율을 곱한 값과 같습니다. (1) 5w% 에칠알콜 수용액의 성분     (34도에서의 용액 밀도= 0.985 g/ml)     용액 1000 g의 무게 = 1000 g (부피는 1069.4ml)         용액중 EtOH의 무게 =  50 g (=1.087 g-mole)     용액중 H2O의 무게  = 950 g (=52.72 g-mole)         Xe=용액중 EtOH의 몰분율       =(1.087/(1.087+52.72)=0.0202     Xw=용액중 H2O의 몰분율=1-0.0202=0.9798 (2)5w% 알콜용액이 나타내는 증기압(이상용액 가정)   EtOH의 증기압(대략) = (순성분 증기압)*몰분율 = 97.46?torr*0.0202 = 1.969 torr   Water의 증기압(대략) = (순성분 증기압)*몰분율= 39.9?torr*0.9798 = 39.094 torr 용액으로부터 증발되는 증기의 농도비 (EtOH 증기압)/(H2O 증기압)= 1.969 torr/39.094 torr =0.05037 증발되는 량에 관계없이 용액의 농도가 균일하게 유지된다고 하면 이 비율은 항상 유지될 것이라는 것에 유념하세요. (3)공기/증기 혼합물(가스)의 압력 구성     (혼합물전체의 압력)= (EtOH분압)+(H2O분압)+(공기분압)   (760 torr) = (EtOH 분압) + (H2O 분압=31.9torr?) +(공기분압) 주의할점은..전체의 압력은 동일하므로 알콜과 수증기의 분압을 빼면 공기의 분압이 됩니다.    (Pe, EtOH 분압)=(EtOH증기압)=(실제의 Pw수증기분압, 31.92torr )*(비율=0.05037)=1.6077 torr (4)위의 결과로부터 혼합증기의 성분구성 증기압기준시 EtOH증기 =  1.61 torr Water증기= 31.92 torr 공기  =  726.47 torr --------------------- 전체의 압력=760.00 torr    (5)이로부터 기상혼합물에서 EtOH 증기의 농도는 몰분율=1.61/760 = 0.00212 = 0.212m% = 2120 vppm  위는 EtOH 농도 5w%일 경우 용액온도 34도 일 경우입니다.  농도나 온도가 달라지면 윗 계산이 달라질 것입니다. 불어주는 공기의 유량이 늘어나면 농도는 줄어들게 되어 물의 상대습도도 떨어질 것이며 이와 비례해서 에탄올의 함량도 함께 달라질 것입니다. (이렇게 되는 이유는 포화하는데 시간이 필요하기 때문이고 증발되는 증기의 구성은 용액의 농도가 일정하면 일정하기 때문입니다.) (6) 질문에서 1.532 cc는 물에 투입한 EtOH의 양(부피)으로 보이는데 이를 998.468g의 물에 넣었다고 하면 이는 0.121w%가 됩니다. 만일 그렇다면 이를 기준으로 위에서 설명한 방법에 따라서 다시 계산해 결과를 올려주세요 (0) 용어에서 혼동하고 있는듯 합니다. 먼저 용어부터 정리하고 넘어가겠습니다. 순성분증기압=농도100%일때 나타내는 증기압 어느 성분의 증기압=용액에서 어느 성분이 나타내는 증기압 분압= 기상에서 어느 성분이 나타내는 압력 = 용기를 그 성분만의 증기로 채울때 나타내는 압력 용액이 장시간 기상과 평형을 이루고 있을때 나타내는 증기압을 포화증기압이라고 하고 각 성분의 포화증기압은 그 성분이 액상에서 나타내는 증기압과 같으며 이상용액인 경우, 이는 순성분 증기압과 액상의 몰분율을 곱한 값과 같습니다. (1) 5w% 에칠알콜 수용액의 성분 (34도에서의 용액 밀도= 0.985 g/ml) 용액 1000 g의 무게 = 1000 g (부피는 1069.4ml) 용액중 EtOH의 무게 = 50 g (=1.087 g-mole) 용액중 H2O의 무게 = 950 g (=52.72 g-mole) Xe=용액중 EtOH의 몰분율 =(1.087/(1.087+52.72)=0.0202 Xw=용액중 H2O의 몰분율=1-0.0202=0.9798 (2)5w% 알콜용액이 나타내는 증기압(이상용액 가정) EtOH의 증기압(대략) = (순성분 증기압)*몰분율 = 97.46?torr*0.0202 = 1.969 torr Water의 증기압(대략) = (순성분 증기압)*몰분율= 39.9?torr*0.9798 = 39.094 torr 용액으로부터 증발되는 증기의 농도비 (EtOH 증기압)/(H2O 증기압)= 1.969 torr/39.094 torr =0.05037 증발되는 량에 관계없이 용액의 농도가 균일하게 유지된다고 하면 이 비율은 항상 유지될 것이라는 것에 유념하세요. (3)공기/증기 혼합물(가스)의 압력 구성 (혼합물전체의 압력)= (EtOH분압)+(H2O분압)+(공기분압) (760 torr) = (EtOH 분압) + (H2O 분압=31.9torr?) +(공기분압) 주의할점은..전체의 압력은 동일하므로 알콜과 수증기의 분압을 빼면 공기의 분압이 됩니다. (Pe, EtOH 분압)=(EtOH증기압)=(실제의 Pw수증기분압, 31.92torr )*(비율=0.05037)=1.6077 torr (4)위의 결과로부터 혼합증기의 성분구성 증기압기준시 EtOH증기 = 1.61 torr Water증기= 31.92 torr 공기 = 726.47 torr --------------------- 전체의 압력=760.00 torr (5)이로부터 기상혼합물에서 EtOH 증기의 농도는 몰분율=1.61/760 = 0.00212 = 0.212m% = 2120 vppm 위는 EtOH 농도 5w%일 경우 용액온도 34도 일 경우입니다. 농도나 온도가 달라지면 윗 계산이 달라질 것입니다. 불어주는 공기의 유량이 늘어나면 농도는 줄어들게 되어 물의 상대습도도 떨어질 것이며 이와 비례해서 에탄올의 함량도 함께 달라질 것입니다. (이렇게 되는 이유는 포화하는데 시간이 필요하기 때문이고 증발되는 증기의 구성은 용액의 농도가 일정하면 일정하기 때문입니다.) (6) 질문에서 1.532 cc는 물에 투입한 EtOH의 양(부피)으로 보이는데 이를 998.468g의 물에 넣었다고 하면 이는 0.121w%가 됩니다. 만일 그렇다면 이를 기준으로 위에서 설명한 방법에 따라서 다시 계산해 결과를 올려주세요

문병의 문병의   39-08-02 00:00 답변 감사합니다.  답변해주신 것  다시 기준을 설정하여  계산 결과 올렸습니다. 1) 그런데 제가 무게비를 몰라서 정량적으로 계산을 하긴 했는데(0.121w%).. 아래 용액은 부피를 밀도로 환산하여 다음과 같은 상태에서 계산을 하였습니다.       a) Stock C2H5OH 용액을 만들었습니다.         -순수한 C2H5OH 용액을 1000ml 메스플라스크에  76.6ml를 넣는다.         -증류수를 1L 눈금선 까지 넣어 제조한다.       b)-위에서 제조된 용액을 이용하여 1L 메스플라스크에 20ml를 넣는다.         -증류수를 1L 눈금선 까지 넣어 제조한다.     a)에서  76.6ml 는  7.66v% 의 알콜 용액     b) 에서의 용액 20ml 는 2v% 입니다. a)에서 환산하면, 2*7.66/100 = 1.532(cc)           1.532cc/1000cc  알콜의 비중 ; “0.79”                   알콜의 무게=  1.532 *  0.79 = 1.21028g  물의 무게 : 998.468g                     1.21028/(1.21028+998.468) *100             위에서 0.121w% 용액을 제조 하였습니다.  (조금은 의문이 가는데?????)         Xe = 1.532/46 =0.033304         Xw=  998.468/18.02=55.40887 2)  (Mole Fraction, f) = (No. of Moles of a Component)/(Total No. of Moles of the Solution) --------(1)  X ethanol =  0.033304 / (0.033304+55.40887)= 0.0006006  X water  =  55.40887/ 55.44217          = 0.9993993 3)  (Partial (Vapor) Pressure of a Component, P) = (Pure Component Vapor Pressure,P＇)*(Mole Fraction,f) ---(2)       Pe  97.461 torr * 0.0006006 =0.058535 torr          Pw  :  39.903 torr * 0.9993993 =39.879030 torr          용액으로부터 증발되는 증기의 농도비     (Pe ) /  (Pw)= 0.058535 torr/39.879030 torr =0.0014678     (Pe, 알콜 분압)=(알콜증기압)=(실제의 Pw수증기분압, 31.92torr )*(비율                    =0.0014678)=0.04685569 torr 4)위의 결과로부터 혼합증기의 성분구성             증기압기준시 알콜증기 =  0.04685569 torr Water증기= 31.92 torr 공기  =  78.033 torr  5) 몰분율  = 0.04685569/760 *100= 0.00616%  = 61ppm 으로 나왔습니다.  실제 GC로 분석한 결과  230ppm 정도 나왔는데  1)에서 계산한 것에 오차가 있는 것 같습니다. 처음에 제가 오해한 부분이 있는 것 같습니다. 물과 알콜이 섞일때 같은 부피로 늘어나는 가요? 초등학교때 알갱이가 큰 콩이랑  작은 모래를 섞으면 무게는 늘어나지만 부피는 동일한 실험을 한적이있는데... 물과 알콜,, 용액에서는 그같은 현상은 밀도를 보고 어떻게 이해는 해야 하나요? 답변 감사합니다. 답변해주신 것 다시 기준을 설정하여 계산 결과 올렸습니다. 1) 그런데 제가 무게비를 몰라서 정량적으로 계산을 하긴 했는데(0.121w%).. 아래 용액은 부피를 밀도로 환산하여 다음과 같은 상태에서 계산을 하였습니다. a) Stock C2H5OH 용액을 만들었습니다. -순수한 C2H5OH 용액을 1000ml 메스플라스크에 76.6ml를 넣는다. -증류수를 1L 눈금선 까지 넣어 제조한다. b)-위에서 제조된 용액을 이용하여 1L 메스플라스크에 20ml를 넣는다. -증류수를 1L 눈금선 까지 넣어 제조한다. a)에서 76.6ml 는 7.66v% 의 알콜 용액 b) 에서의 용액 20ml 는 2v% 입니다. a)에서 환산하면, 2*7.66/100 = 1.532(cc) 1.532cc/1000cc 알콜의 비중 ; “0.79” 알콜의 무게= 1.532 * 0.79 = 1.21028g 물의 무게 : 998.468g 1.21028/(1.21028+998.468) *100 위에서 0.121w% 용액을 제조 하였습니다. (조금은 의문이 가는데?????) Xe = 1.532/46 =0.033304 Xw= 998.468/18.02=55.40887 2) (Mole Fraction, f) = (No. of Moles of a Component)/(Total No. of Moles of the Solution) --------(1) X ethanol = 0.033304 / (0.033304+55.40887)= 0.0006006 X water = 55.40887/ 55.44217 = 0.9993993 3) (Partial (Vapor) Pressure of a Component, P) = (Pure Component Vapor Pressure,P＇)*(Mole Fraction,f) ---(2) Pe 97.461 torr * 0.0006006 =0.058535 torr Pw : 39.903 torr * 0.9993993 =39.879030 torr 용액으로부터 증발되는 증기의 농도비 (Pe ) / (Pw)= 0.058535 torr/39.879030 torr =0.0014678 (Pe, 알콜 분압)=(알콜증기압)=(실제의 Pw수증기분압, 31.92torr )*(비율 =0.0014678)=0.04685569 torr 4)위의 결과로부터 혼합증기의 성분구성 증기압기준시 알콜증기 = 0.04685569 torr Water증기= 31.92 torr 공기 = 78.033 torr 5) 몰분율 = 0.04685569/760 *100= 0.00616% = 61ppm 으로 나왔습니다. 실제 GC로 분석한 결과 230ppm 정도 나왔는데 1)에서 계산한 것에 오차가 있는 것 같습니다. 처음에 제가 오해한 부분이 있는 것 같습니다. 물과 알콜이 섞일때 같은 부피로 늘어나는 가요? 초등학교때 알갱이가 큰 콩이랑 작은 모래를 섞으면 무게는 늘어나지만 부피는 동일한 실험을 한적이있는데... 물과 알콜,, 용액에서는 그같은 현상은 밀도를 보고 어떻게 이해는 해야 하나요?

Stefano Stefano   39-08-02 00:00 1L의 Stock Solution을 만들고 이중 일부를 취하여 희석할 경우의 농도 계산은 다음과 같습니다. (용액의 밀도는 온도에 따라 달라지지만 모두 임의로 20도라고 가정합니다) (1)순수Ethanol 76.7 ml를 취함....(밀도,0.78934g/ml)*(부피,76.7ml) = (질량,60.542 g) (2)이를 1L 메스플라스크에 담아 전체의 부피가 1L가 되도록 증류수를 넣어줄 경우 추가로 들어간 증류수의 양은 정확히 알 수가 없습니다.  그러나 농도가 묽기 때문에 약 6w%의 농도가 된다고 하면 Stock 용액 밀도는 0.9878 g/ml 정도가 됩니다.  따라서 1L(=1000 ml)의 무게는 약 987.8g이 되고 이중 60.542g이 Ethanol입니다. 이 때 Stock Solution의 농도는 약 6.129 w%가 되고 밀도는 .9878g/ml, 부피는 1000ml가 됩니다. (보다 정밀하게 6w%의 농도를 맞추려면 6w%용액 1L의 무게가 987.80g의 6w%에 해당하는 59.268g (=75.086 ml)를 취하여 1L 메스 플라스크에 넣고 여기에 928.53g의 물을 넣어주면 됩니다. 그리고 나서 1L가 되도록 하고 전체 1L의 무게를 달아서 농도를 보정계수를 구해 줍니다.) (3)Stock Solution중 일부인 20ml를 취하면 약  19.756g을 취하는 것이 되고 이를 다시 1L가 되도록 희석하면 밀도는 약 0.99453g/ml가 됩니다. 이 희석용액 1L 전체의 무게는 약 994.53g이 되므로 농도는  (19.756g * 6.129%)/(994.53g) = 1.218w%가 됩니다. (4)이 희석용액의 몰수와 몰분율은 Etanol: (19.756g*6.129%/46 g/g-mol)=0.02632 g-mol Water:  (994.53-(19.756*6.129%))/18.02=55.123 g-mol 전체 몰수=55.149 g-mol 따라서 Ethanol의 몰분율=0.0004772 Water의 몰분율=1-0.0004772=0.9995228   (5)각각의 포화 증기압은 Ethanol: Pe=97.461*0.0004772=0.0465 torr Water:  Pw=39.903*0.9995228=39.8840 torr 증기압의 비율 Pe/Pw=0.001166 (6)습도기준 물의 증기압(이미 계산된 값)= 31.92torr * 0.001166 = 0.0372 torr (7)혼합가스의 알콜 몰분율=0.0372/760= 0.000 049 0 = 49 mol ppm = 49 vppm 보다 낮은 농도값으로 계산되었습니다. 실측치 230 mppm이라고 하면 차이가 나는 이유는.. (1)온도가 높아 증기압 계산을 잘못한 경우 (2)수분 농도가 잘못 계산된 경우 (3)용액이 이상용액을 나타나지 않는 경우   (실제로 에탄올과 물의 혼합물은 Azetrope를 만드는 혼합물입니다.) (4)포화상태이고 평형을 이룬 상태에서는 증기압이 일정하지만 평형에 도달하기전에는 Ethanol이 먼저 증발되어 평형농도보다도 높게 증발되어 나오는 현상 이들의 복합 원인일 것으로 봅니다.  따라서 원하는 농도의 증기혼합물을 만드는 방법으로 적당하지 않습니다.   1L의 Stock Solution을 만들고 이중 일부를 취하여 희석할 경우의 농도 계산은 다음과 같습니다. (용액의 밀도는 온도에 따라 달라지지만 모두 임의로 20도라고 가정합니다) (1)순수Ethanol 76.7 ml를 취함....(밀도,0.78934g/ml)*(부피,76.7ml) = (질량,60.542 g) (2)이를 1L 메스플라스크에 담아 전체의 부피가 1L가 되도록 증류수를 넣어줄 경우 추가로 들어간 증류수의 양은 정확히 알 수가 없습니다. 그러나 농도가 묽기 때문에 약 6w%의 농도가 된다고 하면 Stock 용액 밀도는 0.9878 g/ml 정도가 됩니다. 따라서 1L(=1000 ml)의 무게는 약 987.8g이 되고 이중 60.542g이 Ethanol입니다. 이 때 Stock Solution의 농도는 약 6.129 w%가 되고 밀도는 .9878g/ml, 부피는 1000ml가 됩니다. (보다 정밀하게 6w%의 농도를 맞추려면 6w%용액 1L의 무게가 987.80g의 6w%에 해당하는 59.268g (=75.086 ml)를 취하여 1L 메스 플라스크에 넣고 여기에 928.53g의 물을 넣어주면 됩니다. 그리고 나서 1L가 되도록 하고 전체 1L의 무게를 달아서 농도를 보정계수를 구해 줍니다.) (3)Stock Solution중 일부인 20ml를 취하면 약 19.756g을 취하는 것이 되고 이를 다시 1L가 되도록 희석하면 밀도는 약 0.99453g/ml가 됩니다. 이 희석용액 1L 전체의 무게는 약 994.53g이 되므로 농도는 (19.756g * 6.129%)/(994.53g) = 1.218w%가 됩니다. (4)이 희석용액의 몰수와 몰분율은 Etanol: (19.756g*6.129%/46 g/g-mol)=0.02632 g-mol Water: (994.53-(19.756*6.129%))/18.02=55.123 g-mol 전체 몰수=55.149 g-mol 따라서 Ethanol의 몰분율=0.0004772 Water의 몰분율=1-0.0004772=0.9995228 (5)각각의 포화 증기압은 Ethanol: Pe=97.461*0.0004772=0.0465 torr Water: Pw=39.903*0.9995228=39.8840 torr 증기압의 비율 Pe/Pw=0.001166 (6)습도기준 물의 증기압(이미 계산된 값)= 31.92torr * 0.001166 = 0.0372 torr (7)혼합가스의 알콜 몰분율=0.0372/760= 0.000 049 0 = 49 mol ppm = 49 vppm 보다 낮은 농도값으로 계산되었습니다. 실측치 230 mppm이라고 하면 차이가 나는 이유는.. (1)온도가 높아 증기압 계산을 잘못한 경우 (2)수분 농도가 잘못 계산된 경우 (3)용액이 이상용액을 나타나지 않는 경우 (실제로 에탄올과 물의 혼합물은 Azetrope를 만드는 혼합물입니다.) (4)포화상태이고 평형을 이룬 상태에서는 증기압이 일정하지만 평형에 도달하기전에는 Ethanol이 먼저 증발되어 평형농도보다도 높게 증발되어 나오는 현상 이들의 복합 원인일 것으로 봅니다. 따라서 원하는 농도의 증기혼합물을 만드는 방법으로 적당하지 않습니다.