환경기능사 필기시험 대비 - 용해도, 점도, 침전도 계산

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환경기능사 필기시험 대비
용해도, 밀도, 점성도 계산

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용해도, (Henry's Law) 계산하기

용질이 용매에 포화상태에 이를 때까지 녹는 정도
상온에서 물에 녹는 정도는 HCL> HF > NH3> SO2> CL2> O2 순서로 보면 된다. 용해도의 정도를 나타내는 수식에는 헨리의 법칙이 있다(Henry's Law)

Henry's Law (atm.L/mol)
동일한 온도에서 같은 양의 액체에 용해될 수 있는 기체의 양은 기체의 부분 압력과 정비례한다. 헨리의 법칙에 잘 적용되는 기체는 H2, O2, N2, NO, NO2, CO, CO2이다. 암모니아(HCL, HF, SO2)같이 용매에 해리되거나 산화환원 반응이 잘 일어나는 기체에는 적용이 어렵다. 이 법칙은 용매, 용질, 온도에 따라 결정된다.

 

기체에서의 농도
농도(C, mol/L, mol/m3)
     = P(압력, atm) / H (헨리 상수)
C = P/ H ( P = CH, H =P/C )


■ 문제 : 유해가스의 분압이 35mmHG, 액상에서의 농도가 2.5 mol/m3으로 평형을 이루고 있다. 이때의 헨리 상수(atm.m3/mol)는?

H= P/C (분압/농도)
P = 38mmHG
    = 38/760mmHG (1 atm) = 0.05 atm
C = 2.5 mol/m3

H= 0.05/2.5 = 0.02 atm.m3/mol

 

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액체에서의 농도

농도(C, mol/L, mol/m3)
    = P(압력, atm) / H (헨리 상수)
C = PH ( P = C/H, H = C/P )

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밀도 (Density, ρ) 계산하기

단위 부피당 질량을 나타내는 값이다. 부피가 일정할 때, 한 물체의 밀도가 클수록 그 물체의 질량은 크다. 한 물체의 평균 밀도는 그 전체 질량을 그 전체 부피로 나눈 것과 같다. 단위는 필요에 따라 다르다. g/mL, g/cm3, kg/m3 등이다.

ρ (kg/m3) = m/V

ρ, 물체의 밀도
m, 물체의 전체 질량 (킬로그램)
V, 물체의 전체 부피 (세제곱미터)

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질량(mass)

어떤 물질이 가지고 있는 고유한 양을 일컫는 말이다. 질량의 단위는 킬로그램(kg)이다.

질량단위 원기 KG

출처 : 이사진은 CC-BY-SA 3.0에 따라 공개된 배포되는 위키백과 문서를 사용합니다.

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비중(Specific gravity, Gs)

어떤 물질의 밀도 ρ와, 표준물질의 밀도ρs와의 비이다. 또는 어떤 물질의 질량과 그와 같은 부피의 표준물질의 질량의 비를 말한다. 온도 및 기압 조건이 따로 제시되지 않았다면 일반적으로 아래의 두 가지 기준과 비교한다. (단위는 없다)

고체, 액체에 대해서는 4℃, 1atm(기압) 아래의 물, 4℃, 대기압 상태에서 공기가 녹아 있지 않을 때 물의 밀도는 0.99997 g/cm3이다. (1.0 g/cm3)

1cc = 1 mL = 1cm3

 

기체에 대해서는 0℃ 1 atm(기압)인 공기

 

 

 

■ 문제 : 황산염의 분자량은 98이고, 비중이 1.84, 농도는 75% 일 때 몰농도(mol/L)는?

비중 1의 물의 밀도가 1g/cm3이면 황산염의 밀도는 1.84g/cm3
농도가 75%이면 밀도는 1.84X 75% =1.38g/cm3

1,38g/cm3 = 1.38g/mL = 1380g/L가 된다.

 

1L에 녹아있는 황산염 1380g/L  /  분자량 98

= 14.08 mol/L

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점성계수, 동점성계수 계산하기 

점성(점도) 계수(μ)
유체의 저항 또는 서로 붙어 있는 부분이 떨어지지 않으려는 성질을 말하는데 액체의 끈적이는 성질을 수치화한 것이다. 수치가 높으면 잘 안 떨어진다.

단위는

   = g/cm. sec

   = kg/m.sec

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동점성(동점도) 계수(v)
유체의 점성 계수(μ)를 그 유체의 질량 밀도 ρ로 나눈 값이다. 단위는 m2/sec, cm2/sec를 사용하는데, 특히 cm2/sec 단위를 스토크스(Stokes)라 부른다. 자격증 시험에 동점도 단위인 Stokes 단위(cm2/sec)를 묻는 문제도 나온다.

동점도 단위

동점성 계수, v = μ/ρ, 1/v = ρ/μ

v : 동점성계수, 동점도
μ : 점성계수, 점도
ρ : 밀도

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레이놀즈 수 (Re)
Re = (dp x V x ρ) /μ = (dp x V) / v

dp : 입경(입자의 지름)
V : 속도
ρ : 밀도
μ : 점도
v : 동점도

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스토크스(Stokes) 수식(Vg) - 침전 속도 계산
Vg = dp^2(ρp - ρ) g / 18μ

dp : 입경(입자의 지름)
ρp : 입자의 밀도
ρ : 용매의 밀도(용매라고 하자)
μ : 점도
g : 중력 가속도 9.8m/sec

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■ 문제 : 스토크스(Stokes)의 법칙에 따라 물속에서 침전하는 입자의 침전 속도는 무엇에 비례하는가?

수식의 분자에 있는
dp^2 , 입경의 제곱에 비례하고(크면 침전 잘되나?)
(ρp-ρ), 입자와 배경 물질과의 밀도 차이에 비례
g, 중력가속도에 비례하고 (중력가속도는 일정한 것 아닌가)

수식의 분모에 있는
18μ , 점도에 반비례한다.(당연하다 점도가 높으면 침전이 잘 안 된다.)

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출처 : 이 글은 CC-BY-SA 3.0에 따라 공개된 배포되는 위키백과 문서를 사용합니다.

 

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