열역학의 증기압 및 증발에 관해서 질문하나 부탁드립니다..

초연한 회향2017.08.03 01:40조회 수 1282댓글 1

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증기압이라는 것에 맞춰서 약간은 거시적은 관점으로 생각하고 내용을 정리해봤습니다..

그래서 이에 대해서 몇가지 궁금한점이 있는데 아시는분이 계시면 확인부탁드립니다.ㅠㅠ

 

질문1.

 밑에 제가 정리해서 사진으로 찍어둔 내용이 맞는지 확인부탁드립니다..

질문2.

 제가 표현하는 기화라는 것과 증발이라는 것은 정확히 어떤차이가 있는 것인가요?

 그냥보기에는 기화는 외부에서 인위적으로 열을가해줘서 액체에서 기체로 상변화될때를 말하는거같고

 증발은 인위적으로 열을가해주지는 않고, 분자별 에너지 분포에서 에너지가 높은 상태 즉 온도가 높은 상태에 있어

 증기압이 대기압보다 높아 대기를밀어내고 기체가되는 것..(분자간 인력을 끊어내고 나가는데 외부압력도 밀어내는것)으로

 생각가능한거 같은데 맞는지 모르겠습니다..

질문3.

 증기압, 대기압,증발을 연관해서 생각했더니 위와 같이 결론이 나왔는데,

 상변화에너지, 즉 액체에서 기체로넘어갈때 온도변하지 않고 에너지만먹는 구간을 연관해서 생각하기가 어렵습니다.

 혹시 이부분에 대해서 잘아시는분 계시면 연관해서 이야기를 들어보고 싶습니다~!

 아시는분 계시면 꼭 부탁드립니다~!!

 

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  • 액체의 증기압의 정의는

    1. 주어진 온도에서 기체상과 액체상이 평형 상태에서 공존할 수 있는 압력
    2. '증발 반응'의 평형 상수

    로 나타낼 수 있습니다.

    증발 반응을 물로 예를 들면
    H2O(l) <=> H2O(g) : 가역 반응식 말하는 거에요. 기호 찾기 힘들어서

    평형 상수식(P H2O)에서 Q는 증기의 압력이고 K는 증기압입니다.
    증기의 압력(Q)가 증기압(K)에 도달하기 위해서 정반응 or 역반응을 합니다.

    평형이란 쉽게 말해서 '증발 속도 = 응축 속도' 라고 표현할 수 있습니다. (동적 평형)
    증발 속도는 온도가 일정한 경우에 변화가 없구요.
    응축속도는 인과 관계를 나타내면 '기체의 압력이 증가하면 기체의 농도가 증가'
    즉, 기체의 농도가 증가하면 액체 표면과의 충돌 빈도가 증가하므로 응축 속도도 증가합니다.

    한마디로 말하면 여기서의 평형이란 온도가 일정하면 증발하는 건 일정하고, 기체의 농도가 증가하면 응축 속도가 증가하는데 이 증발 속도와 응축 속도가 같아서 변화가 없이 보이는 것입니다.

    이 변화가 없게 보이는 기체의 농도를 압력으로 나타냈을 때가 증기압이라고 볼 수 있습니다.

    그리고 온도가 증가하면 증기압이 증가합니다. 이유로는 이렇게 생각하시면 됩니다.

    온도가 높아져서 증발 속도가 증가하면, 평형에 도달하기 위한 응축 속도도 커져야 하고 (평형 상태에서 증발속도=응축속도)
    '응축 속도와 증기의 압력은 비례'하므로 평형에 도달하기 위한 증기의 압력(증기압)도 커져야 한다.


    그리고 증발과 끓음에 대해서 알아보겠습니다.

    증발은 액체 표면에서의 기화 현상을 의미하고, 끓음은 액체의 표면뿐만 아니라 내부에서도 기화 현상이 진행되는 것을 의미합니다.

    증발 현상이 진행되려면 외부압력(Pex)와 무관하게 해당 증기의 분압이 증기압보다 낮아야 합니다.
    끓음 현상은 액체 내부에서 기포가 형성된 후 유지되려면 액체의 증기압이 액체 표면을 누르는 외부 압력(Pex)에 도달해야 합니다.

    끓는 점은 아시다시피 결국 끓는 현상이 나타나는 온도를 의미하며 그것은 외부압력과 증기압이 같아지는 온도입니다.


    맨 마지막 질문은 연관시켜 해달라고 하셨네요. 이건 제 생각이 조금 더 많이 들어간 부분이네요..
    참고만 하세요.

    가열곡선 그래프를 보시면 아시겠지만, 열을 가해주어도 온도가 증가하지 않는 직선 부분이 있죠.
    끓는점의 온도를 생각해 보면, 직선 부분에서는 액체와 기체가 공존하는 구간입니다. (액체+기체)
    이 때 같은 온도일지라도 기체 상태가 액체 상태보다 열에너지가 더 많습니다.
    그래서 액체 상태의 분자가 분자간의 결합을 끊어낼 때까지 흡수한 열은 상태변화에만 사용됩니다.

    그렇지만 가해준 열이 많아질수록 온도는 증가하지 않아도 기체상태의 분자가 점점 증가하고, 증기압에 도달할 때까지 기체상태의 분자를 만들어냅니다.
    즉, 온도는 상태변화에만 쓰이지만, 기체분자수가 증가하면서 평형상수를 만족하는 데 점점 가까워지고 있습니다.

    새벽에 졸린데 써서.. 오탈자나 뭐 이런 거는 봐주세요..
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