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1. 서론
상평형은 몇 개의 상(相)이 공존하여 열역학적으로 평형상태를 이루고 있는 것이고, 임계점은 액체와 기체의 두 상태를 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서의 온도와 이 때의 증기압이다. 이 보고서에서는 이 두 가지의 관계를 설명하고자 한다. 각 상을 이루는 각 성분의 화학퍼텐셜은 같다는 조건이 성립되는 상평형을 이루고 있는 경우, J.기브스의 상규칙(相規則)이 성립한다. 상평형에는 순물질(純物質)에서 다른 상 사이에 이루어진 상평형의 경우와, 서로 다른 상에 있는 다성분계(多成分系)의 상평형의 경우가 있는데, 각각 취급이 다르다. 상평형의 모양은 상평형그림으로 표시되는 일이 많으며, 열평형에 있는 어떤 계의 온도나 압력을 서서히 변화시키면 한 상에서 다른 상으로 이동한다. 이것을 상전이(相轉移)라고 한다. 상평형 그림은 온도에 따라 기체, 액체, 고체 사이의 증기 압력이 어떻게 달라지는지를 나타내며, 삼중점, 승화 곡선, 융해 곡선 등이 이해되도록 설명된다. 상평형 그림의 해석을 통해 온도와 압력 변화에 따른 상의 변화를 구체적으로 설명할 수 있다. 기체와 액체간 혼합물 상평형을 계산하기 위해서는 퓨개시티, 상태방정식, 활동도계수 등의 개념이 필요하며, 이를 활용하여 다양한 상황에 대한 상평형 계산 방법을 제시한다.
2. 상평형과 임계점
2.1. 상평형
상평형은 몇 개의 상(相)이 공존하여 열역학적으로 평형상태를 이루고 있는 것이다. 각 상을 이루는 각 성분의 화학퍼텐셜은 같다는 조건이 성립되며, 이 경우 J.기브스의 상규칙(相規則)이 성립한다. 상평형에는 순물질(純物質)에서 다른 상 사이에 이루어진 상평형의 경우와, 서로 다른 상에 있는 다성분계(多成分系)의 상평형의 경우가 있다.
상평형의 모양은 상평형그림으로 표시되는데, 이 그림은 온도에 따라 기체, 액체, 고체 사이의 증기 압력이 어떻게 달라지는지를 나타낸다. 삼중점 A에서는 고체, 액체, 기체가 평형을 이루며, AB 곡선은 액체와 기체가 평형을 이루고, AC 곡선은 고체와 기체가 평형을 이루며, AD 곡선은 고체와 액체가 평형을 이루고 있다. 물질의 압력과 온도 변화에 따라 상태가 변화하여 이루는 평형 관계가 바로 상평형이다.
기체와 액체간 혼합물 상평형을 계산하기 위해서는 퓨개시티 조건이 성립해야 하며, 이를 위해 기체성분의 퓨개시티를 상태방정식, 대응상태원리 또는 Lewis-Randall 규칙 등을 이용하여 계산할 수 있다. 액체의 경우 상태방정식 또는 활동도계수를 이용하여 퓨개시티를 계산할 수 있다. 활동도계수 모델들을 활용하면 액체혼합물을 이루는 모든 화학종에 대하여 계산이 가능하다. 저압과 중간압력에서의 기-액 평형을 다루는 경우, 일반적으로 액상에 대해서는 활동도계수를, 증기상에 대해서는 상태방정식을 사용하게 된다.
2.2. 상평형 그림
상평형 그림은 온도에 따라 기체, 액...
