Phase Diagram by Differential Scanning Calorimetry (DSC)

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목차

1. Abstract
2. Introduction
3. Experimental Methods
4. Result and Discussion
5. Conclusion
6. Reference

본문내용

Abstract
이 실험은 DSC를 이용하여 Naphthalene과 p-dichlorobenzene의 이성분계에서의 액체-고체상을 알아내는 것을 목적으로 한다. Naphthalene과 P-dichlorobenzene의 mole fraction을 각각 다르게 하여 여러 sample들을 만들고, 이들을 DSC에 넣어 melting point를 찾는다. 실험에서 얻은 heat of fusion과 melting point, eutectic point를 이용하여 mole fraction과 activity coefficient, temperature과의 연관성을 알아낸다.
Introduction
물질은 열을 흡수하거나 방출하면서 온도가 변화한다. 하지만 물질이 상 변화를 겪는 동안에는 열에너지가 상태변화에 이용되기 때문에 온도의 변화는 일어나지 않는다. Phase transition은 두 상이 서로 chemical potential이 달라서 나타나는 현상이다. 따라서 두 상이 평형을 이루고 있다는 의미는 두 상의 chemical potential이 같다는 의미이다. 이 실험의 바탕이 되는 이론은 깁스자유에너지로부터 나온다. A와 B로 이루어진 혼합물에서의 자유에너지는 다음과 같은 식을 만족한다.
g_(pure,combined)=g_A x_A+g_B x_B
(g_A: pure A의 깁스 자유에너지, g_B : pure B의 깁스자유에너지)
이때 혼합물의 자유에너지 변화량은 ∆g_mix = ∆h_mix - T∆s_mix으로서 구하고, 이때 ∆s_mix와 ∆g_mix 는 composition에 따라 다음과 같이 그래프가 형성된다.

순수물질일 때의 자유에너지 값에 이 변화량들을 더하여 몰분율에 따른 총 깁스에너지를 구하면 된다. 일반적인 binary system에서 이렇게 나타난다. 온도에 따라 phase diagram은 다르게 나타나는데, 깁스에너지가 최소가 되는 상을 유지하려 한다.
Pure substance로 이루어져 있을 때 reference와 sample은 상태변화가 일어나기 전까지 같은 속도로 온도가 증가한다.

참고 자료

Atkins’ physical chemistry 9th edition : chapter 5
THE GIBBS FREE ENERGY BEHIND THE PHASE DIAGRAM OF A BINARY, ISOMORPHOUS SYSTEM(http://addis.caltech.edu)
Groundwater Chemicals Desk Reference, 3rd Edition : p-dcb
Thermodynamic study of binary mixture of citric acid and tartaric acid (Viorica Meltzer, Elena Pincu, 7 May 2012)