제 7 장 상평형계의 물질수지

<9주차>

6.4 이상기체혼합물 1) 돌턴의 분압의 법칙

혼합기체 전체의 압력은 각각의 기체가 홀로 존재할 때(부피는 동일) 나타내는 압력의 합과 같다.

- 성분 A와 B의 혼합기체가 부피 V의 용기에 있을 때, _{  }



_

_{ }



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_  _ _ = _



_

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= _

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  _  _

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_

 

(ex6.7)

2) 분용(partial volume)의 법칙

혼합기체에서 어떤 한 성분만이 차지하리라고 생각되는 부피(압력은 최초압과 동일)

- 성분 A와 B의 혼합기체가 부피 V의 용기에 있을 때, _{  }



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

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_  _ _ = _



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

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이상기체혼합물에서 각 성분의 분용의 합은 전체부피와 같다.

- _

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- 이상기체 혼합물에서

_

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 _

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_

제 7 장 상평형계의 물질수지

7-1 한 성분의 상평형

․ 1 atm, 110 ℃의 물 ⇒ 기체(수증기) ․ 1 atm, 90 ℃의 물 ⇒ 액체(물)

한 성분이 하나의 상의로 존재할 때

F = C - P + 2 = 1 - 1 + 2 = 2

⇒ 온도, 압력을 다 독립적으로 정해주어야 그 상태를 규정할 수 있음.

한 성분이 2개의 상의로 존재할 때

․ 17.535 mmHg, 20 ℃의 조건에서 물 ⇒ 기․액 평형계 F = C - P + 2 = 1 - 2 + 2 = 1

⇒ 하나의 세기 성질만이 독립적임.

․ 기․액 평형 상태에 있는 증기와 액체(그림 7.1)

- 포화증기(saturated vapor) - 포화액체(saturated liquid)

⇒ 포화온도 : 기․액 평형 상태의 온도

→ 액체의 끓는점(boiling point)

→ 증기의 응축점(condensation point) ⇒ 포화압력 : 평형압력

→ 액체의 증기압(vapor pressure)

- 1 atm의 끓는점 : 표준끓는점(normal boiling point)

- 과열증기(superheated vapor) : 포화온도 보다 높은 온도상태의 증기 - 과열도(degree of superheat) : 포화온도와의 차(degree of superheat) - 과냉액체(subcooled liquid) : 포화온도보다 낮은 온도의 액체

․ 기․고 평형의 경우

- 고체 또는 기체의 승화점(sublimation point)

․ 고․액 평형의 경우

- 고체의 융점(melting point) - 액체의 응고점(freezing point)

․ 3중점(triple point) : 기․액․고(3상)상의 평형점

․ 증기(vapor) : 임계온도보다 낮은 온도에 존재하는 기상물질 ․ 가스(gas) : 임계온도보다 높은 온도에 존재하는 기상물질 ․ 습윤증기(wet vapor) : 수증기에 물방울이 혼합된 상태

⇒ 수증기의 품질(quality) : 수증기의 질량분율

7-2 증기압

▶ 액체-기체 평형

- 증기압(vapor pressure)

증발(evaporation), 기화(vaporization) : 액체 분자의 운동에너지가 액체분자들 간의 인력보다 커서 액체표면에서 분자가 기상으로 이탈하는 현상

응축(condensation)

동적평형(dynamic equilibrium)

평형증기압(증기압) : 동적 평형상태에서 측정한 증기압, 온도에 따라 증가

- 증발열과 끓는점

몰증발열(molar heat of vaporization, Hvap) : 1mol의 액체를 증발시키기 위 해 필요한 에너지[kJ/mol], 액체 분자간에 작용하는 힘의 크기와 관계

분자간 인력이 큰 물질은 증기압이 낮고 몰증발열이 크다.

[증기압과 온도의 관계]

(1) Clausius-Clapeyron 식 _^dP_dT



 HvapTV_g  V_l

P^* : 순수 액체의 증기압 T : 절대온도(평형온도) Δ H_v : 액체의 기화잠열

V_l : 액체의 물질량 부피 V_g : 증기의 물질량 부피

․가정

① V_l≪ V_g ⇒ V_g - V_l ≒ V_g

② 증기를 이상기체로 간주 V_g = RT/P^*

③ 액체의 기화잠열은 일정

P^ dP^

 HvapR dTT^

lnP^  HvapR T  C

반로그 그래프에 P^*를 (1/T)에 대하여 plot 하면 직선

ln^ _{  }







 

R : 8.314 J/mol․K T : 절대온도 [K]

- 온도변화에 대한 증기압의 계산 (P1, T1) (P2, T2)

_{ln }

_

_

 

_

 _

  _

 

※ 온도에 따른 수증기 포화압력

(ex) 디에틸에테르는 인화성이 높은 휘발성 유기용매이다. 이 물질의 증기압은 18℃

에서 401mmHg이다. 32℃에서의 증기압을 계산하시오. 몰증발열은 26kJ/mol이 다.

(ex) 수은의 증기압 측정자료이다. 그래프를 이용하여 수은의 몰증발열[kJ/mol]을 구 하시오.

t(℃) 200 250 300 320 340 p(mmHg) 17.3 74.4 246.8 376.3 557.9

(ex7.2)

(2) Antoine식

증기압과 온도의 관계를 나타내는 실험식

log 

  _{ }

  





교재 p168 표 참조 7-3 증기와 기체의 혼합물

일정한 온도에서 기상 중 수증기의 분압( p _H2O), 물의 증기압( P _H2O^*) p _H2O < P _H2O^* : 부분포화(partial saturation)

p _H2O = P _H2O^* : 포화

․ Dalton의 분압법칙

P = p_H2O + p_air

⇒ 계의 압력이 760 mmHg(압력일정), 온도가 64℃일 때 P _H

2O{64℃} = 180mmHg

p_air = P - p_H2O = P - P_H2O^* = 760 - 180 = 580mmHg

⇒ 계의 부피가 일정, 온도가 64℃일 때 P = p_H2O + p_air = P₀ + P_H2O^* = 760 + 180 = 940mmHg