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자연과학 업로드 물리화학 실험 – 활성탄에 의한 아세트산의 흡착

[자연과학]물리화학 실험 – 활성탄에 의한 아세트산의 흡착

활성탄에 의한 아세트산의 흡착
1. 요약 & 서론

이 실험의 목적은 수용액으로부터 아세트산이 활성탄에 흡착할 때의 프로인드리히(Freundich)의 흡착 등온식(adsorption isotherm)을 결정하는 데 있다. 각각의 플라스크에 농도를 달리한 아세트산을 넣고 흡착이 일어난 후에 남은 농도와 흡착된 용질의 무게 등을 측정하여 실험적으로 상수들을 구하여 위 식들에 부합하는지를 알아보는 실험이다.

2. 이론

물리화학의 한 분야에서 표면의 성질을 연구하는 분야가 있다. 이번 실험은 표면의 성질을 알아보는 실험 가운데 하나이다.
자유로운 기체 분자(free gas)는 흡수된 기체분자(adsorbed gas)와 평형을 이룬다. 이 때 기체분자가 표면을 덮는 비율(θ)은 온도와 바깥에 있는 기체의 압력에 의존한다. 이 θ의 온도와 압력에 관한 함수를 흡착등온식(adsorption isotherm) 이라고 부른다.
이 흡착등온식에는 가장 기본적인 가정 하에서 유도되는 간단한 랭뮤어 흡착등온식(Langmuir isotherm)과, 보다 복잡한 BET 흡착등온식, Temkin 흡착등온식, 프로인드리히 흡착등온식(Freundlich isotherm) 등이 있다.
이렇게 원래는 기체가 고체 표면에 흡착할 때의 평형을 설명하는 이론이지만, 그것을 확장하여 액체 속에 녹아 있는 용질의 분자가 고체의 표면에 흡착할 경우에도 적용시키기도 한다. 특히 프로인드리히 흡착등온식이 이 경우에 잘 쓰인다.
이러한 배경 하에서, 이번 실험의 목적은 수용액으로부터 아세트산이 활성탄에 흡착할 때의 프로인드리히의 흡착 등온식을 결정하는 데 있다. 아울러 랭뮤어 식과도 비교해 보자.

고체 표면의 분자 또는 이온들은 다른 입자들과의 결합에 의해 안정되는데, 이 때문에 고체는 접촉하고 있는 기체 또는 용해된 물질을 고체 표면으로 끌어당겨 붙잡아 두려는 경향이 있다. 이와 같은 현상을 흡착이라 부르며 용액으로부터 흡착되는 물질의 양은 흡착제와 용질의 성질, 흡착제의 표면적, 용질의 농도, 온도 등에 의존한다.
주어진 온도에서 용액내의 농도와 단위 질량의 흡착제에 흡착되는 용질의 양 사이의 평형관계를 흡착등온식(adsorption isotherm)이라 부른다. (원래는 기체가 고체 표면에 흡착할 때의 평형을 설명하는 이론이지만, 그것을 확장하여 액체 속에 녹아 있는 용질의 분자가 고체의 표면에 흡착할 경우에도 적용시키기도 한다.)
▷▶ 랭뮤어(Langmuir)의 흡착등온식

가정 1) 흡착분자가 고체 표면에서 단분자층 이상의 두터운 층을 형성하지 않는다. 2) 흡착분자간의 상호작용은 없다. 3)모든 면은 평형을 이루며 표면은 평평하다. (아주 미세한 관점에서 평면이라는 뜻)
이러한 가정 하에 고체 표면중 이미 용질분자가 흡착하고 있는 부분을 θ, 용질분자가 아직 흡착되지 않은 부분을 (1-θ)라고 놓으면, 용질분자의 흡착 속도는 αc(1-θ), 탈착속도는 α`θ로 표시된다. ( α와 α`은 상수 )

αc ( 1-θ) 〓 α`θ
에서

이 때 단위 질량 m(g)의 고체에 대해서 흡착된 양은 θ에 비례하므로,

따라서

여기서 a 〓 α ( 포화 흡착량에 관계하는 상수 )
b 〓 (흡착열에 관계하는 상수)
즉,

방정식을 다시 쓰면,

랭뮤어의 흡착 등온식을 따르는 흡착을 경우 을 c 에 관해 도시하면 직선이 얻어질 것이다.
▷▶ 프로인드리히 흡착 등온식

에서

x : 흡착

자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=11074060&sid=leesk55&key=

[문서정보]

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파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 자연과학 업로드 물리화학 실험 – 활성탄에 의한 아세트산의 흡착
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키워드 : 자연과학,물리화학,실험,활성탄,의한,아세트산,흡착,업로드,활성탄에,아세트산의
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