게시판 > 질답게시판 > 증기압 관련의 답변에 대한 문의

Stefano Stefano

39-08-02 00:00

(0)증기압과 동적평형에 대해 정확히 이해하고 계시므로 안심하세요.

(1) 실지로 용기내에 진공을 걸어두고 용기에 물을 넣기만 해도 물이 투입되는 즉시 증발을 일으키며 물의 온도가 떨어지고 그 온도의 증기압에 해당하는 압력이 물이 투입된 후 거의 즉시 나타납니다.

이 상태에서 액을 조금만 가열하여도 기-액의 평형상태가 되는데 기상의 온도가 떨어져 벽에서 응축이 일어나고 있다고 해도 아마 그 압력은 그 액체의 온도에서의 증압력이 나타날 것입니다. 그러므로 평형도달시간에 대해서 크게 염려하지 않아도 됩니다.

또 벽체에서 응축이 일어나고 다시 액에 합해져서 물의 온도가 떨어지고..등의 과정에서 액이 일정한 온도를 표면에서 유지되면 그 액은 증기압을 나타냅니다. 면밀하게 보면 이 과정에서 표면에서 벽면으로 증기의 흐름이 있기 때문에 국부적 위치에 따른 압력이 차이(Pressure Gradient)가 나타날 수 있는습니다. 또한 액의 내부의 온도는 액주의 높이가 있어서 실제 표면온도보다 높게 유지됩니다.

그러기 때문에 증기압 측정에는 액이 균일한 온도를 유지하고 있느냐가 중요하고 보온을 유지하고 액을 균일하게 혼합해주고..등의 과정으로 실험오차를 줄일 수 있습니다.

일단 물을 반쯤 채운상태에서 출발했다면 표면 온도가 100도가 되고 기상의 온도도 100도로 유지되면 그 용기의 반쯤되는 기상 공간은 수증기로 채워지고 압력도 760 torr를 유지합니다. 100개의 물이 증발하면 100개의 수증기가 물로 응축되는 기-액 평형상대를 유지하고 압력은 그 온도에서 물의 증기압이 됩니다. 처음에 물을 용기의 90쯤 채우고 시작했다면 나머지 빈공간 10%의 부분만이 수증기로 채워져 있다는 차이만 다르고 압력은 동일하게 나타납니다.

(2)설탕물의 경우는 다릅니다. 100도가 되어도 물의 증기압 760 torr를 나타내지 않습니다. 기상에 존재하는 수증기의 양도 우선 다릅니다. 질문에서와 같이 비유하면 60개의 분자만 기상에 머문 상태에서 평형에 도달합니다.

착각하고 있는 점은 바로 이부분입니다. 설탕물이지만 여전이 물은 물인데 100도가 되었는데 왜 기상에서 100도에서의 물의 증기압을 나타내지 않는 것인가? 그렇습니다 이전 답글에서 예를 들었듯이 50 m%의 설탕물이라고 하면 380 torr까지 압력이 올라간 후 평형에 도달합니다. 따라서 50m% 설탕물의 100도에서의 증기압은 380 torr가 됩니다. 기상에 머무는 수증기의 양도 순수한 물이 760 torr를 나타내고 있을 때와 비교해보면 분자의 수효는 이의 반에 지나지 않습니다.

액상에 존재하는 물은 설탕분자의 역할에 의해 제대로 기를 펴지 못하고 있기 때문이라고 생각하면됩니다. 비휘발성 물질이 섞이게 되면 대체로 그 농도에 비례해서 물은 비등점 상승이 일어나게 됩니다. 즉 50m% 설탕물은 더욱 온도를 올려야 760torr에 도달하게 됩니다. 아마 순수한 물의 증기압이 1500 torr되는 점의 온도까지 다달아야 비로소 50m%설탕물의 증기압이 나타나게 됩니다.

참고로 물의 비등점 상승은 물속에 녹아있는 물질의 종류에 관련이 있는 것이 아니고 그 물질의 종류에 관련없이 몰 농도에만 관련이 있습니다. 이는 빙점강하에도 마찬가지로 적용됩니다. 다른 비휘발성 물질이 섞이면 증기압이 낮아지듯이 물은 (다른 물질의 종류에 관계없이) 몰농도에 비례해서 빙점강하가 일어납니다.

다음의 중요한 원리는 많은 사람들이 잘못 이해하고 있는 경우가 많습니다.

①비등점상승계수, 빙점강하계수는 용질에 따라 달라지는 값이 아닙니다. 바로 그 물질들을 녹이는 용매(용제)에 따른 고유한 수치입니다.
②비등점상승, 빙점강하는 설탕이냐 소금이냐에 따라 달라지는 것이 아니라 물에 들어있는 몰농도에만 관련이 있습니다.

(3)답변 내용이 다른 곳으로 흘러가는 것 같지만 비등점상승과 빙점강하는 비휘발성 성분이 포함됨으로 인하여 물의 분자운동이 제약을 받게되는 동일한 현상입니다.

(4)다음의 문제를 풀어낼 수 있으면 완벽히 이해한 것입니다.
(다른 독자들이 풀어서 올려 주셔도 됩니다.)

(4)1000L 진공용기에 50m% 설탕물(설탕의 분자량 182, 혼합물의 분자량은 100) 600 kg을 채우고 이를 100도로 가열하였을 때 기상에 존재하는 물의 분자수효는 얼마가 되는가?

단,
1)설탕물은 이상용액이라고 가정, 물의 증기압은 100도에서 760 torr
2)100도에서 설탕물의 밀도는 정확히 1.2 kg/L이라고 가정
3)기상에 있는 수증기는 이상기체의 법칙 PV=nRT을 따른다고 가정.
4)상수 R (=PoVo/nTo)= (760*22.4/273.15)torr-Nm3/kg-mole
5)아보가드로의 수 A=6.025 * 10^26 molecules/kg-mole

(0)증기압과 동적평형에 대해 정확히 이해하고 계시므로 안심하세요.

(1) 실지로 용기내에 진공을 걸어두고 용기에 물을 넣기만 해도 물이 투입되는 즉시 증발을 일으키며 물의 온도가 떨어지고 그 온도의 증기압에 해당하는 압력이 물이 투입된 후 거의 즉시 나타납니다.

이 상태에서 액을 조금만 가열하여도 기-액의 평형상태가 되는데 기상의 온도가 떨어져 벽에서 응축이 일어나고 있다고 해도 아마 그 압력은 그 액체의 온도에서의 증압력이 나타날 것입니다.  그러므로 평형도달시간에 대해서 크게 염려하지 않아도 됩니다.

또 벽체에서 응축이 일어나고 다시 액에 합해져서 물의 온도가 떨어지고..등의 과정에서 액이 일정한 온도를 표면에서 유지되면 그 액은 증기압을 나타냅니다. 면밀하게 보면 이 과정에서 표면에서 벽면으로 증기의 흐름이 있기 때문에 국부적 위치에 따른 압력이 차이(Pressure Gradient)가 나타날 수 있는습니다. 또한 액의 내부의 온도는 액주의 높이가 있어서 실제 표면온도보다 높게 유지됩니다.

그러기 때문에 증기압 측정에는 액이 균일한 온도를 유지하고 있느냐가 중요하고  보온을 유지하고 액을 균일하게 혼합해주고..등의 과정으로 실험오차를 줄일 수 있습니다.

일단 물을 반쯤 채운상태에서 출발했다면 표면 온도가 100도가 되고 기상의 온도도 100도로 유지되면 그 용기의 반쯤되는 기상 공간은 수증기로 채워지고 압력도 760 torr를 유지합니다.   100개의 물이 증발하면 100개의 수증기가 물로 응축되는 기-액 평형상대를 유지하고 압력은 그 온도에서 물의 증기압이 됩니다.  처음에 물을 용기의 90쯤 채우고 시작했다면 나머지 빈공간 10%의 부분만이 수증기로 채워져 있다는 차이만 다르고 압력은 동일하게 나타납니다.

(2)설탕물의 경우는 다릅니다. 100도가 되어도 물의 증기압 760 torr를 나타내지 않습니다.  기상에 존재하는 수증기의 양도 우선 다릅니다.  질문에서와 같이 비유하면 60개의 분자만 기상에 머문 상태에서 평형에 도달합니다.

착각하고 있는 점은 바로 이부분입니다.  설탕물이지만 여전이 물은 물인데 100도가 되었는데 왜 기상에서 100도에서의 물의 증기압을 나타내지 않는 것인가?  그렇습니다 이전 답글에서 예를 들었듯이 50 m%의 설탕물이라고 하면 380 torr까지 압력이 올라간 후 평형에 도달합니다. 따라서 50m% 설탕물의 100도에서의 증기압은 380 torr가 됩니다. 기상에 머무는 수증기의 양도 순수한 물이 760 torr를 나타내고 있을 때와 비교해보면 분자의 수효는 이의 반에 지나지 않습니다.

액상에 존재하는 물은 설탕분자의 역할에 의해 제대로 기를 펴지 못하고 있기 때문이라고 생각하면됩니다.  비휘발성 물질이 섞이게 되면 대체로 그 농도에 비례해서 물은 비등점 상승이 일어나게 됩니다.  즉 50m% 설탕물은 더욱 온도를 올려야 760torr에 도달하게 됩니다.  아마 순수한 물의 증기압이 1500 torr되는 점의 온도까지 다달아야 비로소 50m%설탕물의 증기압이 나타나게 됩니다.

참고로 물의 비등점 상승은 물속에 녹아있는 물질의 종류에 관련이 있는 것이 아니고 그 물질의 종류에 관련없이 몰 농도에만 관련이 있습니다.  이는 빙점강하에도 마찬가지로 적용됩니다.  다른 비휘발성 물질이 섞이면 증기압이 낮아지듯이 물은 (다른 물질의 종류에 관계없이) 몰농도에 비례해서 빙점강하가 일어납니다.

다음의 중요한 원리는 많은 사람들이 잘못 이해하고 있는 경우가 많습니다.

①비등점상승계수, 빙점강하계수는 용질에 따라 달라지는 값이 아닙니다. 바로 그 물질들을 녹이는 용매(용제)에 따른 고유한 수치입니다. 
②비등점상승, 빙점강하는 설탕이냐 소금이냐에 따라 달라지는 것이 아니라 물에 들어있는 몰농도에만 관련이 있습니다.

(3)답변 내용이 다른 곳으로 흘러가는 것 같지만 비등점상승과 빙점강하는 비휘발성 성분이 포함됨으로 인하여 물의 분자운동이 제약을 받게되는 동일한 현상입니다.

(4)다음의 문제를 풀어낼 수 있으면 완벽히 이해한 것입니다. 
(다른 독자들이 풀어서 올려 주셔도 됩니다.)

(4)1000L 진공용기에 50m% 설탕물(설탕의 분자량 182, 혼합물의 분자량은 100) 600 kg을 채우고 이를 100도로 가열하였을 때 기상에 존재하는 물의 분자수효는 얼마가 되는가?

단,  
1)설탕물은 이상용액이라고 가정, 물의 증기압은 100도에서 760 torr
2)100도에서 설탕물의 밀도는 정확히 1.2 kg/L이라고 가정
3)기상에 있는 수증기는 이상기체의 법칙 PV=nRT을 따른다고 가정. 
4)상수 R (=PoVo/nTo)= (760*22.4/273.15)torr-Nm3/kg-mole 
5)아보가드로의 수 A=6.025 * 10^26 molecules/kg-mole

노재현 노재현

39-08-02 00:00

아~네..님은 참 아는것이 많으시네요^^

그럼 님 말씀에 비추어 볼때..

"기상에 존재하는 수증기의 양도 우선 다릅니다. 질문에서와 같이 비유하면 60개의 분자만 기상에 머문 상태에서 평형에 도달합니다."

그렇다면(가상의 예를 이용해 표현하면)
100도시 물의 경우 용기의 반쯤되는 기상 공간에 물분자 수가 100개--> 평형-->760 torr
100도시 50m% 설탕물의 경우 용기의 반쯤되는 기상 공간에 물분자 수가 60개--> 평형-->380 torr
가 된다는 말씀이시잖아요

그럼요 아직 하나 덜 풀리는 의문이 있는데요..
같은 온도상에서 용기의 반쯤되는 기상 공간에 물 분자 100개일때도 평형이되고 60개일 때도 평형이 될 수 있다는 의미로 해석되는 데요..

왜 그렇죠?
100도온도에서 그 기상공간에 채울수있는 양만큼(예시처럼 100개의 분자가) 다 채워야지만 평형상태가 되는 것이 아닌가요?

제 생각은 이랬거든요..
설탕같은 경우는 비 휘발성이니까 기상으로 안 날라가면서 물분자 가 증발하는 것을 방해한다
따라서 100도시 인데도 물분자 갯수가 60개 밖에 않된다..

100도시에서는 그 기상 공간에 물분자가 100개까지 채워질 수가 있고..따라서 100개가 다 채워져야 포화상태가 되고 평형상태가 된는데 100도시에서 60개 밖에 되지 않으니까 포화상태가 되지도 않고, 평형상태가 되지 않는다 따라서 증기압 측정 조건(동적평형조건)에 맞지 않는다

(제가 이상하게 생각하고 있나요^^;;)

그리고 님이 주신 문제요 저는 이렇게 풀었봤습니다
n을 구하는 문제 잖아요..

액상에서 물의 분압Pa= 760torr(100도시에서 순수 물의 증기압)*0.5(물의 몰 분율)
Pa= 380 torr

다음 PV=nRT식을 이용하여..
380torr * 1m3 = n * 63.32(torr-Nm3/kg-mole.K) * 373.15K

n = 0.016kg-mol

주어주신 조건을 보니... 뭔가 잘 못된것 같네요.;

아~네..님은 참 아는것이 많으시네요^^

그럼 님 말씀에 비추어 볼때..

&quot;기상에 존재하는 수증기의 양도 우선 다릅니다.  질문에서와 같이 비유하면 60개의 분자만 기상에 머문 상태에서 평형에 도달합니다.&quot;

그렇다면(가상의 예를 이용해 표현하면)
100도시 물의 경우 용기의 반쯤되는 기상 공간에 물분자 수가 100개--&gt; 평형--&gt;760 torr 
100도시 50m% 설탕물의 경우 용기의 반쯤되는 기상 공간에 물분자 수가 60개--&gt; 평형--&gt;380 torr
가 된다는 말씀이시잖아요

그럼요 아직 하나 덜 풀리는 의문이 있는데요..
같은 온도상에서 용기의 반쯤되는 기상 공간에 물 분자 100개일때도 평형이되고 60개일 때도 평형이 될 수 있다는 의미로 해석되는 데요..

왜 그렇죠?
100도온도에서 그 기상공간에 채울수있는 양만큼(예시처럼 100개의 분자가) 다 채워야지만 평형상태가 되는 것이 아닌가요?

제 생각은 이랬거든요..
설탕같은 경우는 비 휘발성이니까 기상으로 안 날라가면서 물분자 가 증발하는 것을 방해한다 
따라서 100도시 인데도 물분자 갯수가 60개 밖에 않된다..

100도시에서는 그 기상 공간에 물분자가 100개까지 채워질 수가 있고..따라서 100개가 다 채워져야 포화상태가 되고 평형상태가 된는데 100도시에서 60개 밖에 되지 않으니까 포화상태가 되지도 않고, 평형상태가 되지 않는다 따라서 증기압 측정 조건(동적평형조건)에 맞지 않는다

(제가 이상하게 생각하고 있나요^^;;)

그리고 님이 주신 문제요 저는 이렇게 풀었봤습니다
n을 구하는 문제 잖아요..

액상에서 물의 분압Pa= 760torr(100도시에서 순수 물의 증기압)*0.5(물의 몰 분율) 
Pa= 380 torr

다음 PV=nRT식을 이용하여..
380torr * 1m3 = n * 63.32(torr-Nm3/kg-mole.K) * 373.15K

n = 0.016kg-mol

주어주신 조건을 보니... 뭔가 잘 못된것 같네요.;

Stefano Stefano

39-08-02 00:00

>왜 그렇죠?
>100도온도에서 그 기상공간에 채울수있는 양만큼(예시처럼 >100개의 분자가) 다 채워야지만 평형상태가 되는 것이 아닌가요?

==>답변: 설탕물인경우 예를 들어 60개가 최대로 채울 수 있다면 이 상태로 기-액 평형이 유지됩니다.

설탕은 비휘발성 물질이기 때문에 적든 많튼 수증기만 기상공간을 독자지 하게 되는데 그 때 수증기가 나타내는 압력은 100도의 수증기의 포화압력이 모두 나타내는 것이 아니라

(기상의 압력, P) = (기상에서 물의 분압 = x₁* π₁) + (기상에서 설탕의 분압 = x₂* π₂)
=(x₁* π₁)......왜냐하면 설탕의 증기압= π₂=0

와 같은 원리로 물의 증기압만으로 채워지고 이 때 100도의 물의 수증기압이 아니고 이 값에 물의 몰분율(=x₁)을 곱한 값이 증기압으로 나타나고 그 상태가 평형상태가 됩니다.

설탕물의 능력은 그 이상의 증기압을 나타낼 수 없습니다.

>제 생각은 이랬거든요..
>설탕같은 경우는 비 휘발성이니까 기상으로 안 날라가면서 >물분자 가 증발하는 것을 방해한다
>따라서 100도시 인데도 물분자 갯수가 60개 밖에 않된다..

==>답변: 맞습니다. (단, "않된다"는 "안된다"가 맞음. ^-^)

>100도시에서는 그 기상 공간에 물분자가 100개까지 채워질 >수가 있고..따라서 100개가 다 채워져야 포화상태가 되고 평>형상태가 된는데 100도시에서 60개 밖에 되지 않으니까 포화>상태가 되지도 않고, 평형상태가 되지 않는다 따라서 증기압>측정 조건(동적평형조건)에 맞지 않는다

(제가 이상하게 생각하고 있나요^^;;)

==>답변: 이부분이 잘못된 부분입니다. 앞서 설명한 바와 같이 (예를 들어)60개가 채워진 상태는 바로 포화상태입니다.

그리고 그 상태에서 평형도 유지하고 증기압도 유지합니다. 50m% 설탕물의 포화증기압은 설탕은 비휘발성이므로 수증기압력만 나타내며 그 값은 0.5*760 = 380 torr가 됩니다.

&gt;왜 그렇죠?
&gt;100도온도에서 그 기상공간에 채울수있는 양만큼(예시처럼 &gt;100개의 분자가) 다 채워야지만 평형상태가 되는 것이 아닌가요?

==&gt;답변: 설탕물인경우 예를 들어 60개가 최대로 채울 수 있다면 이 상태로 기-액 평형이 유지됩니다.

설탕은 비휘발성 물질이기 때문에 적든 많튼 수증기만 기상공간을 독자지 하게 되는데 그 때 수증기가 나타내는 압력은 100도의 수증기의 포화압력이 모두 나타내는 것이 아니라

(기상의 압력, P) = (기상에서 물의 분압 = x₁* π₁) + (기상에서 설탕의 분압 = x₂* π₂)
=(x₁* π₁)......왜냐하면 설탕의 증기압= π₂=0 
 
와 같은 원리로 물의 증기압만으로 채워지고 이 때 100도의 물의 수증기압이 아니고 이 값에 물의 몰분율(=x₁)을 곱한 값이 증기압으로 나타나고 그 상태가 평형상태가 됩니다.

설탕물의 능력은 그 이상의 증기압을 나타낼 수 없습니다.

&gt;제 생각은 이랬거든요..
&gt;설탕같은 경우는 비 휘발성이니까 기상으로 안 날라가면서 &gt;물분자 가 증발하는 것을 방해한다 
&gt;따라서 100도시 인데도 물분자 갯수가 60개 밖에 않된다..

==&gt;답변: 맞습니다.  (단, &quot;않된다&quot;는 &quot;안된다&quot;가 맞음. ^-^)

&gt;100도시에서는 그 기상 공간에 물분자가 100개까지 채워질 &gt;수가 있고..따라서 100개가 다 채워져야 포화상태가 되고 평&gt;형상태가 된는데 100도시에서 60개 밖에 되지 않으니까 포화&gt;상태가 되지도 않고, 평형상태가 되지 않는다 따라서 증기압&gt;측정 조건(동적평형조건)에 맞지 않는다

(제가 이상하게 생각하고 있나요^^;;)

==&gt;답변: 이부분이 잘못된 부분입니다.  앞서 설명한 바와 같이 (예를 들어)60개가 채워진 상태는 바로 포화상태입니다.

그리고 그 상태에서 평형도 유지하고 증기압도 유지합니다. 50m% 설탕물의 포화증기압은 설탕은 비휘발성이므로 수증기압력만 나타내며 그 값은 0.5*760 = 380 torr가 됩니다.

Stefano Stefano

39-08-02 00:00

지난 답글에서 냈던 문제풀이입니다.

전체 설탕물의 양 = 600 kg = 600 kg/(평균분자량=100 kg/kg-mole)= 6 kg-mole
설탕의 전체량= 6*50m% = 3 kg-mole
물의 전체량 = 6*50m% = 3 kg-mole

설탕은 증발하지 않고 물만 증발할 것이므로 증발한 물의 양을 y kg-mole이라고 하면

기상의 부피, V₁ = yRT/P................(1)
기상의 온도, T =373.15 K
기상의 압력, P = x1*π1 = 0.5*(760).......(2)
기상의 물의 질량 = (18*y)kg

액상에 남아있는 물의 양 = (3-y) kg-mole
액상에 남아있는 설탕의 양= 3 kg-mole

액상으로 남아있는 설탕물의 질량 = (600 -(18*y)) kg
액상 설탕물의 부피, V₂= (600-(18y)/(1.2).....(3)

전체의 부피,
V = V₁+ V₂
= (yRT/P) + (600-(18y)/(1.2).................(4)

V, R,T,P 값은 알 수 있으므로 y값이 (4)식에서 구해짐

따라서 구하는 기상에서의 물분자의 수효 = y * (A)

대단한 계산은 아닙니다.
유념해야할 것은 기상에서의 압력 P는 760torr가 아니라 380 torr가 된다는 것이고
그 상태가 기-액 평형을 유지하는 상태가 되고
그 기상의 압력이 바로 50%설탕물의 증기압이 됩니다.
760 torr는 물의 순성분(물만존재할 때의)증기압입니다.

노재현 노재현

39-08-02 00:00

"60개가 채워진 상태는 바로 포화상태입니다"

이 부분이 이해가 않가요..
포화상태라면 !그 공간내에 분자가 꽉 차야지만 되는 것!이 아닌가요?

기상공간만 봤을때 물도 물분자만 있고, 설탕물도 물 분자 밖에 없는데..
어떻게 같은 온도, 같은 공간, 같은 성분(물 분자)인데 한쪽은 100개가 포화상태가 되고, 다른 한 쪽은 60개가 포화상태가 될수 있죠..

같은 100도시라면 같은 기상공간 내에 100개가 차야지만 포화상태가 되는 것이 아닌가요?

수치적으로 말고 원리에 대해 설명 좀 부탁드릴께요
(수칙적으로는 님의 설명을 통해 이해가 쉽게 갔습니다)

님의 소중한 시간을 너무 빼앗는 것 같아 죄송합니다
;;

Stefano Stefano

39-08-02 00:00

(1) 설탕물이 아니고 에탄올 50% 농도의 술을 진공용기에 넣고 온도가 80도가 되었다고 생각해 보세요 물과 알콜의 증기압은 각각 800 torr와 355 torr입니다.

기상의 공간에 에탄올이 가득차 있을까요 수증기가 가득차 있을가요? 아니면 비어 있을까요?

기상의 공간은 비어있지 않습니다. 가득차 있지요 그러나 그 온도에서 나타내는 압력은

(0.5 *800) + (0.5 * 355) = 577.5 torr 가 됩니다.

이 압력은 순수한 에탄올만의 80도에서의 증기압보다 낮습니다. 자 그 기상의 공간은 가득차 있지 않습니까? 아니면 비어있습니까?

(2) 혹시 가득차 있다는 의미를 대기압이 되어야 가득 찬다고 생각하는 것이 아닌지 모르겠습니다. 그럼 대기압을 넘게 차 있는 경우는 가득차고 넘치는 것이 되는 것입니까?

아니면, 적어도 어느 한 성분의 증기압은 모두 나타내야 된다고 생각합니까?

(3) 기체와 같이 압축성이 있는 유체는 어느 공간을 항상 가득채우고 있으며 그 분자밀도가 낮으면 압력이 낮고 분자밀도가 높으면 압력이 높다는 차이일 뿐 어느 공간이든 가득차 있게되고 수십기압 수백기압으로 가득 채울 수 있고 단 1torr의 압력을 나타내더라도 그 용기는 그들 분자들로 가득 차있습니다. 다르다는 것은 오직 분자밀도와 압력일 뿐..

(4) 순수한 물을 100도로 가열하면 760torr을 나타내면서 빈 용기에 가득차지만 설탕물을 100도로 가열하면 380torr 밖에 증기압이 나타나지 않지요. 그렇지만 그 기상영역은 수증기로 (골고루)채워져 있습니다. 나타내는 압력은 서로 다르지만 부피와 온도는 모두 같습니다.

(5) "가득 채운다"는 용어를 버리고 "골고루 채운다"라는 용어만 연상해 보세요. 한국이라는 면적(공간)에 1000만명이 살고 있을 때도 있었고 4천만이 넘는 인구가 들어서 있기도 합니다. 그 어느 경우도 "가득차있다"라는 용어를 사용할 수 없습니다. 1억명으로 채울 수도 있지요. 골고루.. 그러나 인구밀도은 다릅니다.

마찬가지로 기상의 공간을 "가득"채운다 생각하지 말고 "골고루" 채우는 것만 상상하세요. 골고루..그러나 압력은 다릅니다.

(6)이제 남은 의문은 50m%의 설탕과 50m%의 물의 혼합물이 왜 100도에서 끓지 않는가? 즉 왜 순수한 물인 경우 760 torr의 증기압을 나타내는데 왜 설탕물은 이의 반에 해당하는 380 torr만 나타내면서도 공간을 골고루 채우고 있는가?

이는 액상에서 물이 설탕에 의해 반 정도의 목소리를 내지 못하기 때문입니다. 왜냐하면 전체의 50%만 지지를 보내고 있기 때문이지요. 소금물은 물보다 잘 끓어오르지 않습니다. 소금에 의해 물이 제약을 받기 때문입니다. 그래도 용액내에서는 민주주의적입니다. 물의 몰%에 해당하는 "비례대표"를 기상으로 내보내고 있지 않습니까?

(기상에서 각 성분의 증기들이 골고루 섞여서 구석구석 공간을 차지하면서 나타내는 전체의 압력) = ∑(순성분i의 증기압력)*(성분i의 비율)

이 수식은 라울의 법칙을 나타낸 것입니다.

(1) 설탕물이 아니고 에탄올 50% 농도의 술을 진공용기에 넣고 온도가 80도가 되었다고 생각해 보세요 물과 알콜의 증기압은 각각 800 torr와 355 torr입니다.

기상의 공간에 에탄올이 가득차 있을까요 수증기가 가득차 있을가요? 아니면 비어 있을까요?

기상의 공간은 비어있지 않습니다. 가득차 있지요 그러나 그 온도에서 나타내는 압력은

(0.5 *800) + (0.5 * 355) = 577.5 torr 가 됩니다.

이 압력은 순수한 에탄올만의 80도에서의 증기압보다 낮습니다.  자  그 기상의 공간은 가득차 있지 않습니까?  아니면 비어있습니까?

(2) 혹시 가득차 있다는 의미를 대기압이 되어야 가득 찬다고 생각하는 것이 아닌지 모르겠습니다.  그럼 대기압을 넘게 차 있는 경우는 가득차고 넘치는 것이 되는 것입니까?

아니면, 적어도 어느 한 성분의 증기압은 모두 나타내야 된다고 생각합니까?

(3) 기체와 같이 압축성이 있는 유체는 어느 공간을 항상 가득채우고 있으며 그 분자밀도가 낮으면 압력이 낮고 분자밀도가 높으면 압력이 높다는 차이일 뿐 어느 공간이든 가득차 있게되고 수십기압 수백기압으로 가득 채울 수 있고 단 1torr의 압력을 나타내더라도 그 용기는 그들 분자들로 가득 차있습니다.  다르다는 것은 오직 분자밀도와 압력일 뿐.. 
 
(4) 순수한 물을 100도로 가열하면 760torr을 나타내면서 빈 용기에 가득차지만 설탕물을 100도로 가열하면 380torr 밖에 증기압이 나타나지 않지요.  그렇지만 그 기상영역은 수증기로 (골고루)채워져 있습니다.  나타내는 압력은 서로 다르지만 부피와 온도는 모두 같습니다.

(5) &quot;가득 채운다&quot;는 용어를 버리고 &quot;골고루 채운다&quot;라는 용어만 연상해 보세요.  한국이라는 면적(공간)에 1000만명이 살고 있을 때도 있었고 4천만이 넘는 인구가 들어서 있기도 합니다.  그 어느 경우도 &quot;가득차있다&quot;라는 용어를 사용할 수 없습니다.  1억명으로 채울 수도 있지요. 골고루.. 그러나 인구밀도은 다릅니다.

마찬가지로 기상의 공간을 &quot;가득&quot;채운다 생각하지 말고 &quot;골고루&quot; 채우는 것만 상상하세요. 골고루..그러나 압력은 다릅니다.

(6)이제 남은 의문은 50m%의 설탕과 50m%의 물의 혼합물이 왜 100도에서 끓지 않는가? 즉 왜 순수한 물인 경우 760 torr의 증기압을 나타내는데 왜 설탕물은 이의 반에 해당하는 380 torr만 나타내면서도 공간을 골고루 채우고 있는가?

이는 액상에서 물이 설탕에 의해 반 정도의 목소리를 내지 못하기 때문입니다.  왜냐하면 전체의 50%만 지지를 보내고 있기 때문이지요.  소금물은 물보다 잘 끓어오르지 않습니다. 소금에 의해 물이 제약을 받기 때문입니다.  그래도 용액내에서는 민주주의적입니다.  물의 몰%에 해당하는 &quot;비례대표&quot;를 기상으로 내보내고 있지 않습니까?

(기상에서 각 성분의 증기들이 골고루 섞여서 구석구석 공간을 차지하면서 나타내는 전체의 압력) = ∑(순성분i의 증기압력)*(성분i의 비율)

이 수식은 라울의 법칙을 나타낸 것입니다.

노재현 노재현

39-08-02 00:00

아 ~ 그렇군요
이제 풀리네요^o^(쉬운 설명 감사드립니다)

저는 포화 상태를 채우는 양에만 의존된다고 생각하고 있었던것 같습니다

같은 온도,같은 기상 공간, 같은 성분(그 물에 어떤 비휘발성 물질이 채워졌던 상관없이 기상 공간은 오직 물 분자만 존재하므로) => 물 분자를 최대로 골고루 채울 수있는 양은 똑같다

그런데 님의 설명을 듣고 동적평형이 되는 포화상태는 그 기상 공간에 채울 수 있는 양에 의존되는 것이 아니라..
액상 조성과의 평형이 되는 양에 의존한다는 것을 알았습니다

(새삼 평형이 되게중요 하다고 느껴지네요..^^;)

님 덕에 궁금증도 시원하게 풀리고
많은 것을 배우고 갑니다

감사드립니다

Stefano Stefano

39-08-02 00:00

(0) 의문이 풀리셨다니 다행입니다.
보충해서 종합해 드리면 다음과 같습니다.

(1) 액상의 조성물과 (Dynamic)평형을 이루는 기상조성물의 압력은 각 액상조성물의 몰분율과 그 순성분증기압의 곱들의 합을 나타냅니다. 수식으로 쓰자면

(액상과 평형을 이루는 기상의 전체 압력)= Σ (i-성분 몰분율)*(i-성분 순성분증기압)

전체압력, P = x1*π1 + x2*π2 + ............(1)

참고로 (xi*πi)의 값은 압력단위이고 i-성분이 기상에서 나타내는 압력이며 이를 "기상에서의 i-성분의 분압"이 됩니다.

전체압력, P = (P1) + (P2) + ...............(2)

각 성분의 분압을 모두 합하면 전체압력이 됩니다. 또한
각 성분의 압력을 전체압력으로 나누면 기상에서 그 성분의 농도가 되며 그 단위는 "몰분율"로 나타납니다.

(i-성분 몰분율, yi) = (P1/P)...............(3)

각 성분의 몰분율을 합하면 1이 됩니다.

y1+y2+y3+......=(P1+ P2+ P3+ ...)/P = 1 ...(4)

설탕물인 경우에는 기상에는 수증기만 존재하므로 물의 몰분율은 1이 됩니다.

(2)만일 위의 수식에서 비휘발성 성분이 있는 경우 그만큼 증기압이 줄어들게 되고 그 압력에서 더이상 압력이 상승하지 않은 채 동적평형을 이루게 됩니다.

따라서 만일 설탕 20m% 물 75m%로 된 혼합물이 액상에서 100도라고 하면 기상에서도 100도를 유지하는 증기가 채워져 있지만 그 압력은 물의 증기압과 몰분율의 곱에 해당하는 압력만 나타납니다.
(설탕은 그 온도영역에서 증기압이 없다고 볼 수 있으므로 π2 = 0 )

즉 P = x1 * π1 = 0.75 * (760 torr) = 570 torr

이 기상의 압력은 100도의 설탕물과 기-액 평형에 존재하고 동적 평형을 이루며 100도 인데도 물의 증기압 750torr를 모두 나타내지 않고 또 더이상 압력도 상승하지 않으면서 기상의 공간을 "골고루" 채우게 됩니다.

(0) 의문이 풀리셨다니 다행입니다. 
보충해서 종합해 드리면 다음과 같습니다.

(1) 액상의 조성물과 (Dynamic)평형을 이루는 기상조성물의 압력은 각 액상조성물의 몰분율과 그 순성분증기압의 곱들의 합을 나타냅니다.  수식으로 쓰자면

(액상과 평형을 이루는 기상의 전체 압력)= Σ (i-성분 몰분율)*(i-성분 순성분증기압)

전체압력, P = x1*π1 + x2*π2 + ............(1)

참고로 (xi*πi)의 값은 압력단위이고 i-성분이 기상에서 나타내는 압력이며 이를 &quot;기상에서의 i-성분의 분압&quot;이 됩니다.

전체압력, P = (P1) + (P2) + ...............(2)

각 성분의 분압을 모두 합하면 전체압력이 됩니다.  또한
각 성분의 압력을 전체압력으로 나누면 기상에서 그 성분의 농도가 되며 그 단위는 &quot;몰분율&quot;로 나타납니다.

(i-성분 몰분율, yi) = (P1/P)...............(3)

각 성분의 몰분율을 합하면 1이 됩니다.

y1+y2+y3+......=(P1+ P2+ P3+ ...)/P = 1 ...(4)

설탕물인 경우에는 기상에는 수증기만 존재하므로 물의 몰분율은 1이 됩니다.

(2)만일 위의 수식에서 비휘발성 성분이 있는 경우 그만큼 증기압이 줄어들게 되고 그 압력에서 더이상 압력이 상승하지 않은 채 동적평형을 이루게 됩니다.

따라서 만일 설탕 20m% 물 75m%로 된 혼합물이 액상에서 100도라고 하면 기상에서도 100도를 유지하는 증기가 채워져 있지만 그 압력은 물의 증기압과 몰분율의 곱에 해당하는 압력만 나타납니다. 
(설탕은 그 온도영역에서 증기압이 없다고 볼 수 있으므로 π2 = 0 )

즉   P = x1 * π1 = 0.75 * (760 torr) = 570 torr

이 기상의 압력은 100도의 설탕물과 기-액 평형에 존재하고 동적 평형을 이루며 100도 인데도 물의 증기압 750torr를 모두 나타내지 않고 또 더이상 압력도 상승하지 않으면서 기상의 공간을 &quot;골고루&quot; 채우게 됩니다.