Stefano Stefano   39-08-02 00:00 Stefano (0) 동적평형상태(Dynamic Equilibrium State)라 함은 평형상태에 도달했다는 의미와는 다릅니다.  겉으로 보기에는 전체적으로 평형상태이지만 변화가 있다는 의미입니다.  즉 증기-액체가 평형을 이루고 있을 때 예를 들어서 1분당 100개의 분자가 액상에서 기상으로 이동함과 동시에 100개의 기상의 분자가 액상에 이동함으로써 전체의 변화는 없는 것처럼 보이는 상태를 의미합니다. "포화증기량"이라는 용어는 낯선 표현이고 의미가 애매모호합니다.  이는 아마 "포화증기압"을 의미하는 것으로 봅니다. (1)질문1의 답변 여러 휘발성 물질이 섞여있을 때 나타내는 각 석분의 증기압은 각 성분의 순성분 증기압과 액상에서의 각 성분의 몰분율의 곱으로 나타납니다.  P는 기사의 압력, π는 순성분 증기압이라고 하면 Pi =  πi * xi..................(1) 각 성분의 증기압을 합하면 전체의 압력이 됩니다. 만일 비휘발성 물질이라고 하면 πi의 값이 0이 되어 기상에서 증기압은 전연 나타타지 않겠지요.  전체의 압력은 P= P1 + P2 + P3+..... = π1*x1 + π2*x2 + π3*x3 + ....(2) 각 성분의 증기압과 몰분율을 곱해서 더한 값이 전체의 증기압이 되기 때문에 성분의 함량에 따라서도 증기압력이 달라지게 됩니다.  이제 질문1로 돌아가서 만일 50m%의 물과 50m%의 설탕이 혼합된 용액이 있고 온도의 온도가 100℃일 때 물의 순성분 증기압은 760torr이고 설탕의 증기압은 0이므로 이 용액이 나타내는 증기압은 (2)식에 의해서, P = 760 torr * 0.5 + (0)* 0.5 = 380 torr가 됩니다.   비휘발성 물질이 섞이게 됨으로써 물이 100℃에서 끓지 않습니다. 온도를 120도 정도로 올려야 끓기 시작합니다. 말하자면 "비등점 상승"현상이 일어나는 것이지요. 증기압이 380 torr밖에 되지 않는다고 해서 동적평형이 일어나지 않는 것은 아닙니다.  일단 기상에서 수증기의 증기압이 380torr이 나타나는 시점 즉 평형상태에 도달한 후라면 여전히 용액의 표면에서 물분자가 100개 올라오면 기상의 물분자100개가 용액으로 응축되면서 증기압 380 torr를 줄곧 유지하게 되지요. 이와같이 동적평형은 증기압의 크기와는 상관없이 일단 포화증기압에 도달한 후 일정한 압력을 유지하면서 나타게 됩니다.  다만 순수한 물이 존재한다면 100도에서 물이 끓어오르고 그 상태에서 더욱 많은 증기가 증발하고 응축하게 될 터인데 비휘발성 설탕이 섞이게 됨으로써 증기압이 덜 나타나고 동적평형에서도 보다 적은 수효의 분자들이 증발하고 응축하게 되겠지요. 그러나 여전히 동적평형은 유지합니다. 100도의 설탕물이라고 해도 380 torr에서 동적평형은 유지할 수 있으며 끓지 않는다고해서 증기압을 측정하지 못하는 것은 아닙니다.   (2) 질문2의 답변 (여기서도 포화증기량의 의미에 혼선이 있습니다.) 같은 크기의 용기에 같은 양의 물과 에탄올을 담아두고 똑같이 온도를 유지하면 나타내는 증기의 압력은 서로 다릅니다. 7에탄올은 78.4도에서 끓으면서 절대압력으로 760 torr를 나타내지만 물은 절대압력으로 300torr 정도밖에 나타나지 않습니다.  같은 온도라고 했을 때 기상에 존재하는 분자의 양은 다릅니다. 왜냐하면 각각의 증기압이 다르기 때문입니다.  예를 들어 물과 에탄올이 각각100도와 78.4도로 모두 끓는점에 도달해 있을 때 기상의 압력은 똑같이 760 torr를 나타내지만 온도가 서로 다르기 증기의 양은 서로 다릅니다.    끓는 점에서는 기상의 온도-압력-부피-몰 사이의 관계식(이상기체방정식) PV=nRT에서 물의 경우 T는 373.15K이고 에탄올의 경우에는 351.55K 이기 때문에 기상에 존재하는 분자의 수효 n은 에탄올의 경우가 더 큽니다. 이는 질문 3에대한 답변에 더 적합한지도 모르겠습니다. (2) 질문3의 답변 (여기서도 ＇포화증기량"은 "포화증기압"의 착오라고 간주하고 답변합니다.) 성분마다 증기압이 다르고 용액에서의 몰분율도 제각각 다르기 때문에 어느 두 성분도 포화증기압이 다르다는 것은 당연합니다.  만일 같다면 오히려 이것이 더 이상한 일입니다. 증기압은 온도에 따라 달라집니다. 증기압은 온도가 증가함에 따라 증가하게 되는데  물질마다 온도에 따른 증기압이 제각기 다릅니다.  증기압은 어느 물질의 에너지를 전체의 에너지 U = E + PV  -----------------------(3) 내부에너지는 온도만의 함수이고 온도가 오를수록 분자 내부에너지가 늘어나는 것은 사실이나 그 절대량은 알 수가 없습니다. 증발현상은 분자가 에너지를 흡수하여 분자내의 내부에너지의 증가가 동반되고 나머지는 분자 스스로의 운동에너지가 증가하여 담아있는 증기의 압력이 증가하게 됩니다.  내부에너지는 분자내 전자의 이동을 활발히 할 뿐만 아니라 원자핵 주위에 있는 전자들의 위치에너지들이 증가하게 됩니다. 또한 원자내에서 원자간 진동에너지 증가로 나타나거나 분자내 특정 부분에서 회전하는 에너지 증가로 나타납니다.  그러나 나머지의 여분의 에너지는 자신의 운동에너지 증가로 나타납니다.  성분마다 포화증기압이 다른 이유는 분자내부에서 에너지를 저장할 수 있는 용량리 제각각 다르기 때문입니다.  분자구조가 비교적 단순한 경우에는 분자구조내에 저장할 수 있는 에너지가 적기 빼문에 내부에너지를 증가시키고 남은 열은 분자 전체가 움직이는 현상으로 나타납니다.  따라서 성분마다 증기압이 다를 수 밖에 없습니다. (3) 순성분의 증기압은 진공용기에 순수한 성분의 액체만을 담아두고 밀봉한 다음 어느 온도에서 나타내는 압력을 절대압력으로 나타낸 것입니다.  그 물질의 끓는 점은 그 용기내의 압력이 절대압력으로 760 torr를 나타낼 때의 온도가 됩니다. 공기도 들어있지 않은 빈용기에 액상의 물만을 충분히 담아두고 온도가 70도가 된다고 하면 233.8 torr가 됩니다. 아직도 760torr가 되지 않기 때문에 그 용기내는 진공이 걸려있는 상태입니다. 뚜겅을 열면 공기가 빨려들어간다는 이야기 이지요.  이제 그 용기의 압력을 100도로 하면 내부의 압력은 760 torr가 될 것입니다. 이는 대기압과 같기 때문에 뚜껑을 열어도 공기가 들어가거나 수증기가 밖으로 나오지도 않습니다. 용기내의 압력도 1기압이고 용기밖의 압력도 1기압이기 때문이지요. 그러나 처음에 용기내에 0도의 공기가 들어있고 물을 반쯤 채운다음 뚜껑을 닫고 100도로 가열하면 압력은 어떻게 될까? 이의 간단한 문제는 생각보다 쉬운 계산은 아닙니다. 그 용기내에 공기가 반을 미리 차지하고 있었기 때문에 물이 들어있지 않았어도 온도가 상승함으로써 공기만의 압력은 이상기체로 생각해서 계산하면 283.15/273.15*760 =788 torr 정도로 올라가게 됩니다. 만일 초기에 액상의 물이 함께 들어있었고 이를 100도가 되도록 했다고 하면 이용기가 나타내는 압력은  위의 공기압에다 수증기의 증기압 760 torr가 더해져서 1548 torr 즉 약 절대압으로 2기압 상대압으로 1기압을 나타내게 될 것입니다.  그러나 50 m% 설탕물을 넣고 100도가 되었고 초기에 공기가 들어있었다고 한다면  788 + 760*0.5 = 1168 torr (절대압력 1.54 기압, 계기압력 0.54 torr)를 나타내게 됩니다. 답글이 되었는지 답글을 올려주세요. 그리고 필자가 포화증기량을 잘못 이해하고 답글을 올렸다면 질문시 사용한 포화증기량에 대해서 자세히 설명해 주세요. Stefano (0) 동적평형상태(Dynamic Equilibrium State)라 함은 평형상태에 도달했다는 의미와는 다릅니다. 겉으로 보기에는 전체적으로 평형상태이지만 변화가 있다는 의미입니다. 즉 증기-액체가 평형을 이루고 있을 때 예를 들어서 1분당 100개의 분자가 액상에서 기상으로 이동함과 동시에 100개의 기상의 분자가 액상에 이동함으로써 전체의 변화는 없는 것처럼 보이는 상태를 의미합니다. "포화증기량"이라는 용어는 낯선 표현이고 의미가 애매모호합니다. 이는 아마 "포화증기압"을 의미하는 것으로 봅니다. (1)질문1의 답변 여러 휘발성 물질이 섞여있을 때 나타내는 각 석분의 증기압은 각 성분의 순성분 증기압과 액상에서의 각 성분의 몰분율의 곱으로 나타납니다. P는 기사의 압력, π는 순성분 증기압이라고 하면 Pi = πi * xi..................(1) 각 성분의 증기압을 합하면 전체의 압력이 됩니다. 만일 비휘발성 물질이라고 하면 πi의 값이 0이 되어 기상에서 증기압은 전연 나타타지 않겠지요. 전체의 압력은 P= P1 + P2 + P3+..... = π1*x1 + π2*x2 + π3*x3 + ....(2) 각 성분의 증기압과 몰분율을 곱해서 더한 값이 전체의 증기압이 되기 때문에 성분의 함량에 따라서도 증기압력이 달라지게 됩니다. 이제 질문1로 돌아가서 만일 50m%의 물과 50m%의 설탕이 혼합된 용액이 있고 온도의 온도가 100℃일 때 물의 순성분 증기압은 760torr이고 설탕의 증기압은 0이므로 이 용액이 나타내는 증기압은 (2)식에 의해서, P = 760 torr * 0.5 + (0)* 0.5 = 380 torr가 됩니다. 비휘발성 물질이 섞이게 됨으로써 물이 100℃에서 끓지 않습니다. 온도를 120도 정도로 올려야 끓기 시작합니다. 말하자면 "비등점 상승"현상이 일어나는 것이지요. 증기압이 380 torr밖에 되지 않는다고 해서 동적평형이 일어나지 않는 것은 아닙니다. 일단 기상에서 수증기의 증기압이 380torr이 나타나는 시점 즉 평형상태에 도달한 후라면 여전히 용액의 표면에서 물분자가 100개 올라오면 기상의 물분자100개가 용액으로 응축되면서 증기압 380 torr를 줄곧 유지하게 되지요. 이와같이 동적평형은 증기압의 크기와는 상관없이 일단 포화증기압에 도달한 후 일정한 압력을 유지하면서 나타게 됩니다. 다만 순수한 물이 존재한다면 100도에서 물이 끓어오르고 그 상태에서 더욱 많은 증기가 증발하고 응축하게 될 터인데 비휘발성 설탕이 섞이게 됨으로써 증기압이 덜 나타나고 동적평형에서도 보다 적은 수효의 분자들이 증발하고 응축하게 되겠지요. 그러나 여전히 동적평형은 유지합니다. 100도의 설탕물이라고 해도 380 torr에서 동적평형은 유지할 수 있으며 끓지 않는다고해서 증기압을 측정하지 못하는 것은 아닙니다. (2) 질문2의 답변 (여기서도 포화증기량의 의미에 혼선이 있습니다.) 같은 크기의 용기에 같은 양의 물과 에탄올을 담아두고 똑같이 온도를 유지하면 나타내는 증기의 압력은 서로 다릅니다. 7에탄올은 78.4도에서 끓으면서 절대압력으로 760 torr를 나타내지만 물은 절대압력으로 300torr 정도밖에 나타나지 않습니다. 같은 온도라고 했을 때 기상에 존재하는 분자의 양은 다릅니다. 왜냐하면 각각의 증기압이 다르기 때문입니다. 예를 들어 물과 에탄올이 각각100도와 78.4도로 모두 끓는점에 도달해 있을 때 기상의 압력은 똑같이 760 torr를 나타내지만 온도가 서로 다르기 증기의 양은 서로 다릅니다. 끓는 점에서는 기상의 온도-압력-부피-몰 사이의 관계식(이상기체방정식) PV=nRT에서 물의 경우 T는 373.15K이고 에탄올의 경우에는 351.55K 이기 때문에 기상에 존재하는 분자의 수효 n은 에탄올의 경우가 더 큽니다. 이는 질문 3에대한 답변에 더 적합한지도 모르겠습니다. (2) 질문3의 답변 (여기서도 ＇포화증기량"은 "포화증기압"의 착오라고 간주하고 답변합니다.) 성분마다 증기압이 다르고 용액에서의 몰분율도 제각각 다르기 때문에 어느 두 성분도 포화증기압이 다르다는 것은 당연합니다. 만일 같다면 오히려 이것이 더 이상한 일입니다. 증기압은 온도에 따라 달라집니다. 증기압은 온도가 증가함에 따라 증가하게 되는데 물질마다 온도에 따른 증기압이 제각기 다릅니다. 증기압은 어느 물질의 에너지를 전체의 에너지 U = E + PV -----------------------(3) 내부에너지는 온도만의 함수이고 온도가 오를수록 분자 내부에너지가 늘어나는 것은 사실이나 그 절대량은 알 수가 없습니다. 증발현상은 분자가 에너지를 흡수하여 분자내의 내부에너지의 증가가 동반되고 나머지는 분자 스스로의 운동에너지가 증가하여 담아있는 증기의 압력이 증가하게 됩니다. 내부에너지는 분자내 전자의 이동을 활발히 할 뿐만 아니라 원자핵 주위에 있는 전자들의 위치에너지들이 증가하게 됩니다. 또한 원자내에서 원자간 진동에너지 증가로 나타나거나 분자내 특정 부분에서 회전하는 에너지 증가로 나타납니다. 그러나 나머지의 여분의 에너지는 자신의 운동에너지 증가로 나타납니다. 성분마다 포화증기압이 다른 이유는 분자내부에서 에너지를 저장할 수 있는 용량리 제각각 다르기 때문입니다. 분자구조가 비교적 단순한 경우에는 분자구조내에 저장할 수 있는 에너지가 적기 빼문에 내부에너지를 증가시키고 남은 열은 분자 전체가 움직이는 현상으로 나타납니다. 따라서 성분마다 증기압이 다를 수 밖에 없습니다. (3) 순성분의 증기압은 진공용기에 순수한 성분의 액체만을 담아두고 밀봉한 다음 어느 온도에서 나타내는 압력을 절대압력으로 나타낸 것입니다. 그 물질의 끓는 점은 그 용기내의 압력이 절대압력으로 760 torr를 나타낼 때의 온도가 됩니다. 공기도 들어있지 않은 빈용기에 액상의 물만을 충분히 담아두고 온도가 70도가 된다고 하면 233.8 torr가 됩니다. 아직도 760torr가 되지 않기 때문에 그 용기내는 진공이 걸려있는 상태입니다. 뚜겅을 열면 공기가 빨려들어간다는 이야기 이지요. 이제 그 용기의 압력을 100도로 하면 내부의 압력은 760 torr가 될 것입니다. 이는 대기압과 같기 때문에 뚜껑을 열어도 공기가 들어가거나 수증기가 밖으로 나오지도 않습니다. 용기내의 압력도 1기압이고 용기밖의 압력도 1기압이기 때문이지요. 그러나 처음에 용기내에 0도의 공기가 들어있고 물을 반쯤 채운다음 뚜껑을 닫고 100도로 가열하면 압력은 어떻게 될까? 이의 간단한 문제는 생각보다 쉬운 계산은 아닙니다. 그 용기내에 공기가 반을 미리 차지하고 있었기 때문에 물이 들어있지 않았어도 온도가 상승함으로써 공기만의 압력은 이상기체로 생각해서 계산하면 283.15/273.15*760 =788 torr 정도로 올라가게 됩니다. 만일 초기에 액상의 물이 함께 들어있었고 이를 100도가 되도록 했다고 하면 이용기가 나타내는 압력은 위의 공기압에다 수증기의 증기압 760 torr가 더해져서 1548 torr 즉 약 절대압으로 2기압 상대압으로 1기압을 나타내게 될 것입니다. 그러나 50 m% 설탕물을 넣고 100도가 되었고 초기에 공기가 들어있었다고 한다면 788 + 760*0.5 = 1168 torr (절대압력 1.54 기압, 계기압력 0.54 torr)를 나타내게 됩니다. 답글이 되었는지 답글을 올려주세요. 그리고 필자가 포화증기량을 잘못 이해하고 답글을 올렸다면 질문시 사용한 포화증기량에 대해서 자세히 설명해 주세요.