끓는점이 무엇인지, 어떻게 계산하는지 설명하겠습니다. 끓는점의 예. 녹는 점과 어는점.
정상 압력(1atm)에서 물의 끓는점은 100°C입니다.
끓는점이란 무엇입니까?
끓는점 은 액체 의 증기압 (특정 온도 에서 폐쇄계의 액체 상에 기체상이 가하는 압력)이 액체를 둘러싼 압력과 같아지는 온도 입니다 . 이것이 발생하면 액체가 기체로 변합니다.
끓는점은 주변 압력에 크게 의존하는 특성 입니다 . 매우 높은 압력을 받는 액체는 낮은 압력을 받는 경우보다 끓는점이 더 높습니다. 즉, 높은 압력을 받는 경우 증기로 변하는 데 더 오랜 시간이 걸립니다. 끓는점의 이러한 변화로 인해 IUPAC는 표준 끓는점을 정의했습니다. 표준 끓는점은 1bar의 압력에서 액체가 증기로 변하는 온도입니다.
중요한 문제는 물질의 끓는점을 무한정 높일 수 없다는 것입니다 . 끓는점을 넘을 때까지 액체의 온도를 높이고 계속해서 높이면 “임계 온도”라는 온도에 도달합니다. 임계 온도는 가스가 압력을 증가시켜도 액체로 변형될 수 없는 온도, 즉 액화될 수 없는 온도입니다. 이 온도에서는 액체상이나 증기상이 정의되지 않습니다.
끓는점은 물질마다 다릅니다. 이 특성은 물질 의 분자 질량 과 그것이 나타내는 분자간 힘의 유형(수소 결합, 영구 쌍극자, 유도 쌍극자)에 따라 달라지며, 이는 차례로 물질이 극성 공유 결합인지 비극성 공유 결합(비극성)인지에 따라 달라집니다.
물질의 온도가 끓는점보다 낮으면 표면에 있는 분자 중 일부만이 액체의 표면 장력을 깨고 증기상으로 빠져나갈 만큼 충분한 에너지를 갖게 됩니다. 반면, 계에 열이 공급되면 계의 엔트로피 가 증가합니다 (계의 입자가 무질서해지는 경향).
참조: 물질의 속성
끓는점은 어떻게 계산되나요?
Clausius-Clapeyron 방정식을 사용하여 단일 구성 요소로 구성된 시스템의 위상 전이를 특성화할 수 있습니다. 이 방정식은 물질의 끓는점을 계산하는 데 사용할 수 있으며 다음과 같이 적용됩니다.
어디:
P 1 은 1bar 또는 대기압(0.986923atm)과 동일한 압력입니다.
T 1 은 구성 요소의 끓는점(끓는점)으로, 1bar(P 1 )의 압력에서 측정되고 켈빈(K) 단위로 표시됩니다.
P 2 는 bar 또는 atm으로 표시되는 구성 요소의 증기압입니다.
T 2 는 증기압 P 2 가 측정되는 구성 요소의 온도(켈빈 온도로 표시)입니다 .
𝚫H는 계산이 이루어지는 온도 범위의 평균 기화 엔탈피 변화 입니다. 이는 J/mol 또는 등가 에너지 단위로 표시됩니다.
R은 8.314 J/Kmol에 해당하는 기체 상수입니다.
ln은 자연 로그입니다.
끓는점(끓는점) T 1 이 지워집니다.
끓는점의 예
정상 압력 조건(1atm)에서 기록되고 알려진 일부 끓는점은 다음과 같습니다.
- 물 : 100℃
- 헬륨: -268.9°C
- 수소: -252.8°C
- 칼슘: 1484°C
- 베릴륨: 2471°C
- 실리콘: 3265°C
- 흑연 형태의 탄소: 4827°C
- 붕소: 3927°C
- 몰리브덴: 4639°C
- 오스뮴: 5012°C
- 텅스텐: 5930°C
녹는 점
녹는점은 물질이 고체에서 액체 상태로 변하는 온도이다.
고체가 액체로 변하는 온도를 녹는점이라고 하며, 고체-액체 상전이 동안 온도는 일정하게 유지됩니다. 이 경우 고체 구조에서 입자 의 움직임이 더 커져 입자가 분리되어 액체상으로 흘러 들어갈 정도로 온도가 충분히 상승할 때까지 시스템에 열이 공급됩니다 .
녹는점은 압력에 따라 달라지며 일반적으로 대부분의 물질에 대한 물질의 어는점(충분히 냉각되면 액체가 고체가 되는 온도)과 동일 합니다 .
계속: 녹는점
빙점
어는점은 녹는점의 반대입니다. 즉, 액체가 수축하는 온도 입니다 . 입자는 움직임을 잃고 보다 견고한 구조를 가지며 변형에 강하고 형상 기억이 있습니다( 고체 상태 의 물질에 고유함 ). 즉, 액체가 고체로 변하는 온도이다. 융합은 시스템에 열 에너지를 공급해야 하고 , 동결은 열 에너지를 제거(냉각)해야 합니다.
반면에 어는점은 압력에 따라 달라집니다 . 예를 들어, 물이 0°C에서 1atm의 온도로 냉각되어 얼어 얼음이 될 때 일어나는 일입니다. 1atm과 매우 다른 압력으로 냉각되면 결과가 매우 다를 수 있습니다. 예를 들어 압력이 훨씬 높으면 어는점이 감소하므로 어는 데 시간이 걸릴 수 있습니다.
물의 녹는점과 끓는점
물질의 녹는점과 끓는점을 측정할 때 물을 표준으로 사용하는 경우가 많습니다. 일반적으로 상압에서 끓는점은 100°C이고 녹는점은 0°C입니다 (얼음의 경우). 이는 염분이 풍부한 해수에서 발생하는 것처럼 물에 액체 또는 고체의 다른 물질이 용해되어 물리적, 화학적 특성을 변경하는 경우 크게 달라질 수 있습니다 .
압력의 영향도 매우 눈에 띕니다. 1atm에서 물의 끓는점은 100°C인 것으로 알려져 있지만, 이를 0.06atm으로 가져가면 (어는 대신) 0°C에서도 끓는점이 발생한다는 사실에 놀랄 것입니다.
