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1. 서론
1.1. 상평형의 개념
상평형의 개념은 몇 개의 상(相)이 공존하여 열역학적으로 평형상태를 이루고 있는 것이다. 이는 각 상을 이루는 각 성분의 화학퍼텐셜이 같다는 조건이 성립되는 경우를 의미한다. 상평형에는 순물질(pure substance)에서 상 간 평형과 다성분계(multicomponent system)에서의 상평형이 있는데, 각각 취급 방식이 다르다. 상평형의 상태는 상평형 그림으로 나타내어지며, 온도나 압력을 변화시킴에 따라 한 상에서 다른 상으로 상전이(phase transition)가 일어난다. 상평형 그림은 온도에 따른 물질의 기체, 액체, 고체 사이의 증기압력 변화를 보여주며, 기체-액체, 고체-액체, 고체-기체 간 평형 관계를 나타낸다. 이를 통해 온도와 압력에 따른 물질의 상태 변화를 파악할 수 있다. 또한 물질의 삼중점에서는 고체, 액체, 기체가 동시에 평형을 이루고 있음을 알 수 있다. 상평형 계산은 각 상의 퓨개시티가 동일하다는 조건에 기반하여 이루어지며, 기체 성분의 퓨개시티 계산을 위해 상태방정식, 대응상태원리, Lewis-Randall 규칙 등이 활용된다. 액체의 경우에는 상태방정식 활용 또는 활동도계수를 이용하는 방법으로 퓨개시티를 계산할 수 있다. 특히 낮은 압력 하에서는 활동도계수와 Lewis-Randall 규칙을 적용하여 상평형을 계산할 수 있다. 이상적인 경우 액체 혼합물의 증기압은 Raoult의 법칙에 따라 순수물질의 증기압과 몰분율의 곱으로 표현된다.
1.2. 임계점의 의미
임계점이란 액체와 기체의 두 상태를 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서의 온도와 이 때의 증기압을 말한다. 즉, 임계온도와 임계압력을 일컫는다. 임계온도(critical temperature, Tc)는 순수한 물질에서 기체상에서 액체상으로 상전이가 일어나는 한계온도이다. 이러한 임계온도 이상에서는 아무리 압력을 높여도 액화가 일어나지 않는다. 또한 임계압력(critical pressure, Pc)은 물질의 임계온도에서 액체와 기체가 구분되지 않는 압력을 말한다. 임계상태에서는 액체와 기체 사이의 차이가 사라져 유체상태로 존재하게 된다. 따라서 임계점은 상평형 그림에서 액체와 기체상이 구별되지 않게 되는 지점을 나타내며, 이를 통해 물질의 상태변화를 이해할 수 있다.
1.3. 연구의 목적
상평형과 임계점의 관계를 이해하고 설명하는 것이 이 보고서의 목적이다. 상평형은 물질의 상태(고체, 액체, 기체)가 온도와 압력의 변화에 따라 어떻게 변화하는지를 나타내며, 임계점은 액체와 기체가 구분되지 않게 되는 상태를 의미한다. 이 두 개념의 관계를 살펴봄으로써 물질의 상태변화에 대한 이해를 높이고자 한다.
상평형은 온도와 압력에 따른 물질의 상태 변화를 설명하는 개념이며, 임계점은 기체와 액체의 구분이 모호해지는 상태를 가리킨다. 이 두 가지 개념의 관계를 이해하고 설명하는 것이 이 보고서의 목적이다....
