[반응현상실험]결정화(crystallization) 4부

실험 결과 - 3

1. 용해도 곡선

(4)

위의 식 (4)를 이용하여 우리는 용해도 곡선을 그릴 수 있다.

L은 물의 잠열(597.3Kcal)이고 R은 기체상수(8.314J/㏖․K) 그리고 Tm은 물의 융점(273.15K)이다. 이를 그래프로 나타내면 다음과 같다.

Figure 9. Solubility curve

다음 그림을 보면 용해도는 온도가 높을수록 더 커진다는 것을 알 수 있다. 위의 그래프는 이상용액에서 잠열을 일정하다는 가정을 둔 식을 통해 나온 값들이기 때문에 실제 기체로 실험을 하면 다른 결과를 얻을 수 있을 것이다.

토의 사항

1. 이론적 고찰

본 험은 Na2S2O3을 물에 용해시킨 용액을 농도를 다르게 하고 냉각방법을 다르게 할 때의 결정화가 되는 과정을 눈으로 확인해보는 것이었다. 결과를 통해 우리는 온도와 시간에 따른 그래프를 그려보았고 이 값이 직선으로 나오지 않고 곡선으로 나온다는 것을 알게 되었다.

(5)

(5)의 식과 같이 열전도가 온도구배에 비례하여 일정하게 온도가 감소할 것이라고 예상하였지만 실제로는 발열반응 때문에 온도구배가 일정하지 않았고 그에 따른 열전도 또한 일정하지 않게 되었다. 따라서 앞서 말했듯이 그래프는 직선이 아닌 곡선의 형태로 나오게 되었다. 그러나 농도가 높을수록 결정화가 되는 속도가 빨라질 것이라는 예상은 사실임을 눈으로 확인할 수 있었다.

2. 방법론적 고찰

실험 결과는 대체로 이론과 맞게 나왔다고 생각한다. 하지만 실험 방법에서 아쉬운 점으로는 낮은 설정온도가 있겠다. 여기서 설정온도는 냉각을 시작하기 직전의 온도를 말하는데 설정온도를 높게 하는 이유는 낮은 온도에서는 Na2S2O3가 쉽게 결정화되어서 실험을 시작하기도 전에 결정이 나오기 때문이다. 이러면 실험 결과가 정확하지 않게 되는데 우리는 40℃라는 비교적 낮은 온도로 설정을 했기 때문에 마지막 54wt%을 보면 실험을 시작하기도 전에 결정화가 시작되었다는 것을 Figure 8의 첫 번째 사진을 보면 알 수 있다. 또 자연 냉각 시 사람들이 많이 지나가지 않는 곳에서 실시하였음에도 불구하고 대류현상을 무시할 수 없을 것이고 결정 내에서 발견된 불순물들 또한 결과에 악영향을 미쳤을 것이라고 생각한다.

3. 결론

기체의 확산 즉, 본 실험을 통해 설정한 변수는 1)농도, 2)냉각방법이었으며, 각각의 변수가 미치는 영향은 다음과 같다.

1) 농도에 따른 영향은 Figure 2와 6, 4와 8을 통해 농도가 높을수록 결정되는 속도가 더 빨라지고, 눈으로 더 명확하게 관찰할 수 있다는 것을 알게 되었다. 이는 농도가 높을수록 Na2S2O3 분자가 많아지고 같은 시작에 결정될 수 있는 양이 많아지면서 결정 속도가 빨라지기 때문이다.

2) 냉각방법에 따른 영향은 FIgure 2와 4, 6과 8을 비교해 보면 강제냉각을 했을 때 같은 농도에서 Na2S2O3의 결정이 더 빨라진다는 것을 알게 되었다. 이는 온도가 낮을수록 열이 더 빨리 밖으로 빠져나가서 빨리 결정화가 되기 때문이다. 실험온도는 0℃에서 10℃의 범위로 설정하였지만 실험온도를 낮게 할수록 같은 시간동안 결정되는 양은 더 많아질 것이다.