게시판 > 질답게시판 > 가스의 증기압 관련 질문입니다.

스테파노 Stefano

07-07-05 19:56

(0) 가스와 증기의 구별
가스의 증기압은 없습니다. 가스 자체가 기체상태이고 압축하거나 냉각하면 부피가 줄어들고 그 반대면 부피가 늘어납니다. 따라서 가스를 언급할 때는 "증기압"이라는 용어는 거론되지 않습니다. 그러나 액체로 되어있는 가스는 증기압을 나타냅니다. 증기압은 온도가 높아질 수록 높아집니다. 엄밀하게는 가스는 "증기"와 구별됩니다.

증기는 그 온도에서 압력을 가했을 때 액체로 됩니다. 이 온도를 그 압력에서의 비점이라고 합니다.
그러나 가스는 어느 온도 이상에서는 아무리 압축을 해도 응축이 되지 않습니다. 그 온도를 "임계온도(Critical Temperature)"라고 하는데 수소, 질소, 산소, 등 우리가 흔히 가스라고 알고 있는 가스 들은 상온에서는 아무리 압력을 높여도 액체로 되지 않습니다. 이들의 임계온도는 상온보다 훨씬 낮기 때문이지요.

탄산가스, 프로판, 부탄, 등은 상온에서도 압력을 가하면 액체로 만들 수 있습니다. 이들의 임계온도가 상온보다 꽤 높기 때문입니다. 이들은 압축하여 액체로 만들어 저장합니다. 이들을 보통 "액화가스"라고 하지요. 가스라이터에 들어있는 가스는 주로 부탄입니다. 액체상태에서 증기압력을 가지고 있어서 라이터내에 들어있는 액체의 증기압을 이용하여 액을 대롱을 통해 대기 밖으로 나오면 즉시 증발해서 가스가 됩니다. 이 가스에 부싯돌의나 전기스파크를 이용해서 불을 붙이게 되지요. 액화가스는 상온에서 보관하기 때문에 압력이 항상 유지되는 통에 저장합니다.

(2) 증기압 - 증발, 승화, 기화
앞에서 가스의 경우 증기압을 거론할 수 있다고 하였는데 증기압은 "액체"나 "고체" 물질에 대해서 언급하는 것입니다.
액체가 기체로 되는 것을 "증발(Vaporization)"이라고 하고 고체물질이 액체를 거치지 않고 직접"기체"올 되는 것을 "승화(sublimation)"이라고 합니다.

증발과 승화를 함께 언급하면 "기화(Gasification)"라고 합니다. 단어자체가 의미하고 있는
무조건 기체로 되는 것을 기화라고 하기 때문에 전문적인 분야에서는 잘 사용하지 않고 일반인들에게 알기 쉽도록 이야기 할 경우에 주로 사용하는 방법이고 오히려 액체나 고체물질을 (화학적으로)변화시키는 공정을 의미하게 됩니다. 예를들어 "석탄 가스화"라고 하면 석탄을 증발시키거나 승화시켜 가스화, 즉 "기화" 한다는 것이 아니라 고분자물질 상태를 스팀이나 수소를 화학적으로 반응시켜 저분자 상태의 가스나 액화가스 등의 화학물질로 만드는 공정을 말합니다.

(3) 액체 혼합물의 증기압
이제 본 질문으로 돌아뫄야 하는데..

액체의 혼합물은 마치 성격이 제각각 틀린, 아니 성질이 제각각 다른 사람들이 모여있는 집단이라고 생각하면 됩니다. 튀고싶어하는 사람은 집단에 탈출하려나오려고 하는 반면 조용히 앉아서 즐기는 사람들도 있습니다. 요즘 젊은 사람들은 대부분 꽤 현명해서 "다름"과 "틀림"을 구별할 줄 알고 있다는 것이 신기하기도 하고 착하기도 합니다. 현명한 젊은이는 대화로 토론으로 설득으로 해결하기 때문에 절대로 싸우지 않습니다. 물론 무관심, 이기적 성향, 등으로 기울어져 가는 점이 있지만 이들은 선배가 어른이 부모가, 그리고 특히 언론이 좋은 방향으로 계도해야 할 책임이 있습니다.

필자의 학창시절에만 해도 자기생긱과 다르면 대부분 "상대못할 사람", "상대방의 잘못" 따라서 "그냥 놔둬서는 안될 사람" "혼내줘야하는 대상", 등으로 인식하는 경향이 짙었습니다.

사회생활에서는 남과 "서로 다르다"는 인식이 필요한 것이지, "남은 틀렸다"라고 생각하면 피곤해지고 사고적, 지역적, 종교적, 빈부적, 취향적, 갈등이 쌓이게 됩니다. 많은 우리나라 정치인들은 이들을 교모하게 역이용하려 드는데 이에 휘말리지 말아야 합니다. 제대로 된 지도자는 갈등을 해소하고 개인의 소질과 소양을 개발하고 "서로 다를 사람딜이 모여있는 곳이 사회이니 만큼" 이들이 함께 살기 좋은 나라를 만들기 위해 노력해야 합니다.

이야기가 자꾸 빗나가는데...정치인들이 잘해주어야 하겠고 언론이 지식인이 더 배운사람들이, 더 현명한 사람들의 책임이 막중합니다. 좋은 전통은 이어가고 나쁜 습성이나 습관은 과감히 척결해 나아가도록 해야하는데...걱정입니다.

(4) 이제야 질문에 대한 답글의 본론입니다.

혼합물의 증기압은 액체상태의 증기압과 그 액상의 물 분율을 곱한 총합으로 나타납니다. 수식으로 표현해 두면 훨씬 직감적입니다. 이럴 때 대수(Algebra)는 편리합니다. 아래의 수식은 대수식은 아니지만 대수 비스무리하게 쓴 식입니다.

(액체 혼합물 전제의 증기압) = (각성분 제각각의 순성분 증기압)*(각 성분의 몰분율).......(1)

몰분율은 그 성분의 몰수를 전체의 몰수로 나눈 비율이기 때문에 단위가 없으므로 전체 증기압의 단위는 바로 개별증기압의 단위와 같습니다. 위의 (1)식을 대수식으로 쓰면

(전체 증기압, P) = Σ {(i 성분 개별 증기압, pi) * (i 성분의 몰분율, xi)}, P =Σ (pi)*(xi) ---------(1a)

(5) 문제는 특정압력을 나타내는 온도 구하기.

윗 식에는 온도 이야기를 쓰지 않았지만 온도는 모두 같은 액체에서의 온도에서 말하는 것입니다.

온도와 각 성분의 농도만을 알면 윗 식에 따라 계산하면 되지만 거꾸로 전체압력을 나타낼 때의 온도를 찾아내려는 것은 좀 번거로운 작업입니다.

따라서 적당한 온도 T1을 가정해 보고 각 성분의 증기압 p과 몰분율로부터 전체의 증기압이 얼마나 나오는지 계산해 보고 맞지 않으면 다시 T2를 가정해 보고 맞는지 다시 확인 하는 방법이 사용되어야 합니다.

이 방법은 수식들로 명확하게 나와 있지 않을 때나 대수적으로 풀어내기는 불가능 한 경우 사용하는 "시행오차법(Trial-and-Error Method) 라고 합니다.) 따라서 증기압 표를 가지고 있으면

* T 가정>>각성분의 증기압 p1, p2,..구함>>전체 증기압계산, (1a)식이용>>찾는(목표) 증기압과 차이 계산>>#그 차이가 무시할만한가? >>**만일 무시할만하다면 T값을 택하고 그렇지 않으면 다음 단계로가서>>다시 처음(*표시부분)으로 돌아감; 답이 구해지려면

**단계에서 빠져 나와야 합니다. #를 까다롭게 하면 (즉 허용오차를 아주 작게 잡으면) 수없이 반복하게 됩니다.

위의 방법으로 계산할 줄 알면 시행오차법을 익히는 것이 되고 원하는 증기압을 갖는 온도 찾는 방법도 알아낼 수 있습니다. 증기압에 관한 자료는 주변의 핸드북에서 쉽게 찾아 볼 수 있습니다.

(6) 윗 방법으로 계산이 되었으면 답글을 올려주세요.
답글이 올라온 후에 더 편리한 방법을 소개하도록 하지요.

증기는 그 온도에서 압력을 가했을 때 액체로 됩니다.  이 온도를 그 압력에서의 비점이라고 합니다.
그러나 가스는 어느 온도 이상에서는 아무리 압축을 해도 응축이 되지 않습니다.  그 온도를 "임계온도(Critical Temperature)"라고 하는데 수소, 질소, 산소, 등 우리가 흔히 가스라고 알고 있는 가스 들은 상온에서는 아무리 압력을 높여도 액체로 되지 않습니다. 이들의 임계온도는  상온보다 훨씬 낮기 때문이지요.

탄산가스,  프로판, 부탄, 등은 상온에서도 압력을 가하면 액체로 만들 수 있습니다. 이들의 임계온도가 상온보다 꽤 높기 때문입니다.   이들은 압축하여 액체로 만들어 저장합니다.  이들을 보통 "액화가스"라고 하지요.  가스라이터에 들어있는 가스는 주로 부탄입니다.  액체상태에서 증기압력을 가지고 있어서 라이터내에 들어있는 액체의 증기압을 이용하여 액을 대롱을 통해 대기 밖으로 나오면 즉시 증발해서 가스가 됩니다.  이 가스에 부싯돌의나 전기스파크를 이용해서 불을 붙이게 되지요. 액화가스는 상온에서 보관하기 때문에 압력이 항상 유지되는 통에 저장합니다.

(2) 증기압 - 증발, 승화, 기화 
앞에서 가스의 경우 증기압을 거론할 수 있다고 하였는데  증기압은 "액체"나 "고체" 물질에 대해서 언급하는 것입니다. 
액체가 기체로 되는 것을 "증발(Vaporization)"이라고 하고  고체물질이 액체를 거치지 않고 직접"기체"올 되는 것을 "승화(sublimation)"이라고 합니다.

증발과 승화를 함께 언급하면 "기화(Gasification)"라고 합니다. 단어자체가 의미하고 있는   
무조건 기체로 되는 것을 기화라고 하기 때문에 전문적인 분야에서는 잘 사용하지 않고 일반인들에게 알기 쉽도록 이야기 할 경우에 주로 사용하는 방법이고  오히려 액체나 고체물질을 (화학적으로)변화시키는 공정을 의미하게 됩니다.   예를들어 "석탄 가스화"라고 하면 석탄을 증발시키거나 승화시켜 가스화, 즉 "기화" 한다는 것이 아니라 고분자물질 상태를 스팀이나 수소를 화학적으로 반응시켜 저분자 상태의 가스나 액화가스 등의 화학물질로 만드는 공정을 말합니다.

(3) 액체 혼합물의 증기압
이제 본 질문으로 돌아뫄야 하는데..

액체의 혼합물은 마치 성격이 제각각 틀린, 아니 성질이 제각각 다른 사람들이 모여있는 집단이라고 생각하면 됩니다.  튀고싶어하는 사람은 집단에 탈출하려나오려고 하는 반면 조용히 앉아서 즐기는 사람들도 있습니다.   요즘 젊은 사람들은 대부분 꽤 현명해서 "다름"과 "틀림"을 구별할 줄 알고 있다는 것이 신기하기도 하고 착하기도 합니다.  현명한 젊은이는 대화로 토론으로 설득으로 해결하기 때문에 절대로 싸우지 않습니다.  물론 무관심, 이기적 성향, 등으로 기울어져 가는 점이 있지만 이들은 선배가 어른이 부모가, 그리고 특히 언론이 좋은 방향으로 계도해야 할 책임이 있습니다.

필자의 학창시절에만 해도 자기생긱과 다르면 대부분 "상대못할 사람", "상대방의 잘못" 따라서 "그냥 놔둬서는 안될 사람" "혼내줘야하는 대상", 등으로 인식하는 경향이 짙었습니다.

사회생활에서는  남과 "서로 다르다"는 인식이 필요한 것이지, "남은 틀렸다"라고 생각하면 피곤해지고 사고적, 지역적, 종교적,  빈부적, 취향적, 갈등이 쌓이게 됩니다.  많은 우리나라 정치인들은 이들을 교모하게 역이용하려 드는데 이에 휘말리지 말아야 합니다.  제대로 된 지도자는 갈등을 해소하고 개인의 소질과 소양을 개발하고 "서로 다를 사람딜이 모여있는 곳이 사회이니 만큼"  이들이 함께 살기 좋은 나라를 만들기 위해 노력해야 합니다.

이야기가 자꾸 빗나가는데...정치인들이 잘해주어야 하겠고 언론이 지식인이 더 배운사람들이, 더 현명한 사람들의 책임이 막중합니다.   좋은 전통은 이어가고 나쁜 습성이나 습관은 과감히 척결해 나아가도록 해야하는데...걱정입니다.

(4) 이제야 질문에 대한 답글의 본론입니다.

혼합물의 증기압은 액체상태의 증기압과 그 액상의 물 분율을 곱한 총합으로 나타납니다.   수식으로 표현해 두면 훨씬 직감적입니다.   이럴 때 대수(Algebra)는 편리합니다.  아래의 수식은 대수식은 아니지만 대수 비스무리하게 쓴 식입니다.

(액체 혼합물 전제의 증기압) = (각성분 제각각의 순성분 증기압)*(각 성분의 몰분율).......(1)

몰분율은 그 성분의 몰수를 전체의 몰수로 나눈 비율이기 때문에 단위가 없으므로 전체 증기압의 단위는 바로 개별증기압의 단위와 같습니다.   위의 (1)식을 대수식으로 쓰면

(전체 증기압, P) = Σ {(i 성분 개별 증기압,  pi) * (i 성분의 몰분율, xi)},  P =Σ (pi)*(xi) ---------(1a)

(5) 문제는 특정압력을 나타내는 온도 구하기.

윗 식에는 온도 이야기를 쓰지 않았지만 온도는 모두 같은 액체에서의 온도에서 말하는 것입니다.

온도와 각 성분의 농도만을 알면 윗 식에 따라 계산하면 되지만 거꾸로  전체압력을 나타낼 때의 온도를 찾아내려는 것은 좀 번거로운 작업입니다.

따라서 적당한 온도 T1을 가정해 보고 각 성분의 증기압 p과 몰분율로부터 전체의 증기압이 얼마나 나오는지 계산해 보고 맞지 않으면 다시 T2를 가정해 보고 맞는지 다시 확인 하는 방법이 사용되어야 합니다.

이 방법은 수식들로 명확하게 나와 있지 않을 때나 대수적으로 풀어내기는 불가능 한 경우 사용하는 "시행오차법(Trial-and-Error Method) 라고 합니다.)  따라서 증기압 표를 가지고 있으면

* T 가정>>각성분의 증기압 p1, p2,..구함>>전체 증기압계산, (1a)식이용>>찾는(목표) 증기압과 차이 계산>>#그 차이가 무시할만한가? >>**만일 무시할만하다면  T값을 택하고  그렇지 않으면 다음 단계로가서>>다시 처음(*표시부분)으로 돌아감;  답이 구해지려면

**단계에서 빠져 나와야 합니다.  #를 까다롭게 하면 (즉 허용오차를 아주 작게 잡으면) 수없이 반복하게 됩니다.

위의 방법으로 계산할 줄 알면 시행오차법을 익히는 것이 되고 원하는 증기압을 갖는 온도 찾는 방법도 알아낼 수 있습니다.   증기압에 관한 자료는 주변의 핸드북에서 쉽게 찾아 볼 수 있습니다.

(6) 윗 방법으로 계산이 되었으면 답글을 올려주세요.
답글이 올라온 후에 더 편리한 방법을 소개하도록 하지요.

Beckham mrimp

07-07-06 10:54

다시한번 바쁘신 와중에도 불구하고 답변 감사드립니다.

인터넷 자료등 여러가지를 찾아보고..... 맞는지 모르겠지만...

저 혼자 머리를 써가며 계산해본 결과....

96 ℃ 에서는 약 14.73 kg/㎠, 97 ℃ 에서는 약 15.00 kg/㎠ 정도가 나오는것

같습니다.... 맞는지는 모르겠지만....

아 그리고.... 저희는 상기 혼합가스를 액화시켜 사용하고 있습니다....
제가 잘못 질문을 한것 같습니다....^^

다시 한번 제 계산이 맞은건지 확인 부탁드리며 답변 부탁드리겠습니다.

수고하세요....^^