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실험 목표

활성탄에 의한 아세트산 흡착실험 랭뮤어,프로인드리히 흡착 등온식을 사용하여 흡착 등온선을 그려본다.

실험 이론

. 흡착

- 기체 또는 액체가 액체 또는 고체의 다른 무리와 상접하는 계면에서 농도가 서로 달라 커지거나 작아지는 현상을 말한다. 농도가 커진 때를 정흡착이라 하고 그 반대를 부흡착이라 한다.

. 물리흡착

- 기체 또는 용액 중의 용질이 고체 표면에 흡착할 때에, 기체-고체간 또는 용질-고체간의 상호 작용이 약하여 특수한 화학 결합이 확인되지 않는 경우를 말한다. 흡착열은 기껏 몰당 몇 킬로칼로리며, 기체 흡착에서는 액화열 정도이다. 이것은 화학 흡착의 흡착열의 1/10 정도이다. 물리 흡착할 때에 작용하는 힘은 기체의 응축에서처럼 반 데르 발스 힘이기 때문에 반 데르 발스 흡착이라고도 한다.

. 화학흡착

-고체 표면과 이것에 접하는 흡착 분자와의 화학적 결합으로 생기는 흡착을 말한다. 흡착 분자 결합의 분열, 신결합, 분자 이동 등으로, 에너지가 많아져 반응하기 쉬운 상태가 되어 커다란 열량을 발생한다. 흡착 속도는 물리 흡착보다 현저하게 느리지만, 고온이 됨에 따라 증대한다.

. 랭뮤어 흡착 등온식

가정

1) 한 흡착점에는 한 분자만 흡착되며, 흡착된 분자 사이에는 상호작용이 없다.

2) 모든 흡착점의 에너지 상태는 동일하며, 흡착된 분자 사이에는 상호작용이 없다. 따라서 흡착열은 모든 흡착점에서 주위의 상태와 무관하게 일정하다.

3) 흡착되는 기체는 이상기체이다.

위와 같은 가정과 평형상태에서 흡착속도와 탈착속도가 같다는 사실을 근거로 랭뮤어 흡착 등온식을 유도 할 수 있다.

흡착속도는 흡착점의 분율과 기체의 압력에 비례하고, 탈착속도는 흡착되어있는 흡착점의 분율에 비례하므로

라고 정의하여 정리하면

위와 같은 랭뮤어 흡착 등온식을 얻을 수 있다.

랭뮤어 흡착 등온선이 적용되는 계에서는 위 식을 변형하여

P에 대해 P/v가 직선관계가 얻어져서 기울기에서 Vm(최대흡착량), 기울기와 절편에서 b를 결정할 수 있다.

*농도에 관한 함수는 다음과 같이 나타낼 수 있고

선형이 되도록 변형하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

. 프로인드리히 흡착 등온식

- 실험결과가 랭뮤어 흡착등온식을 따르지 않을 경우(예로서 단분자층 흡착이 아닌 경우)에는 프로인드리히 흡착등온식이 이용된다.

k, n은 실험적인 상수이며 나머지는 위에서 정의한 것과 같다.

이 식을 아래와 같이 변형하면 직선형이 된다.

실험 방법

1) 실험실온도, 증류수온도 체크

2) 6개의 삼각플라스크에 2g씩 활성탄을 넣음

3) 0.5N 아세트산을 증류수로 희석시킨 용액준비

준비한 각각의 아세트산 용액농도 계산

4) 용액들을 1번의 플라스크에 넣고 약 30분 방치

5) 평형에 이르면 각 플라스크의 용액을 여과하고 0.1N NaOH로 적정, 아세트산 농도 C구함.

6) 흡착된 아세트산 농도 (4-6)구한후 질량으로 환산. (흡착량 : x )

참고문헌

흡착 – [네이버지식백과] 자연지리학사전

물리흡착 - [네이버 지식백과] 화학대사전

화학흡착 - [네이버 지식백과] 환경공학용어사전

랭뮤어 흡착 등온식 – 촉매개론 4판(저자: 전학제, 서곤 출판사: 한림원)

프로인드리히 흡착등온식 - [네이버 지식백과] 토양사전