【3】 액체 상태
[1] 액체에의 끓는점과 증기압
1. 동적 평형
서로 다른 두 상의 변화가 같은 속도로 일어나는 상태
즉 어떤 온도에서 물과 수증기가 동적 평형 상태에 있다면 수증기가 물로 되는 속도와 물이 수증기로 되는 속도가 같다.
2. 증기 압력
일정한 온도에서 동적 평형 상태에 있을 때 어떤 액체의 증기가 나타내는 압력을 증기 압력이라 한다.
온도가 높을수록 분자의 운동에너지가 커져 쉽게 떨어져 나가 기체로 되기 때문에 증기 압력은 커진다.
분자간의 인력이 클수록 기체로 되는데 많은 에너지가 필요하기 때문에 증기압은 작다.
따라서 어떤 온도에서 증기압이 작은 물질은 분자간의 인력이 크다.
3. 끓는점
액체의 증기압이 외부 압력과 같아지는 온도를 끓는점이라 한다.
따라서 외부 압력이 달라지면 끓는점도 달라지며, 외부의 압력이 커지면 끓는점이 높아진다.
그림 9 끓는점과 증기압 곡선
기준 끓는점 : 외부 압력이 1기압(760mmHg)일 때 액체의 끓는점
기준 끓는점은 물질의 고유한 특성이다.
기준 끓는점에서의 증기압은 모든 물질이 1기압이다.
기준 끓는점은 분자간의 인력이 클수록 1기압이 되는데 필요한 증기를 만드는데 더 많은 에너지가 필요하므로 더 높다.
따라서 끓는점이 높은 물질은 같은 온도에서 증기압이 낮다.
4. 몰증발열
어떤 액체 1mol을 완전히 기체로 변화시키는데 필요한 열량(kcal/mol)을 몰증발열이라 한다.
분자간의 인력이 클수록 분자간의 인력을 끊는데 많은 에너지가 필요하므로 몰증발열은 더 크다.
따라서 몰증발열이 큰 물질은 같은 온도에서 증기압이 낮고, 끓는점이 높다.
5. 증기압과 끓는점과 몰증발열의 관계
분자간의 인력이 클수록 몰증발열이 크고, 몰증발열이 클수록 같은 온도에서 증기압이 낮으며 끓는점도 높다.
분자간의 인력이 작을수록 낮은 온도에서 끓는다.
[2] 표면 장력
액체 내부의 분자들은 모든 방향으로 액체 분자간의 인력이 작용하나 액체 표면의 분자는 인력이 내부로만 작용하므로 액체 표면의 분자의 수를 최소화하여 그 표면적을 줄임으로써 분자간의 힘의 균형을 이루려 한다.
이러한 성질 때문에 액체의 표면에 나타나는 힘을 표면 장력이라 한다.
표면 장력은 분자간의 인력이 클수록 크다.
[3] 점성도
기체나 액체처럼 유동성이 있는 유체가 흐를 때 분자 사이의 인력이나 분자의 구조적인 이유로 저항을 받는데 이 저항력의 정도를 점성도란 한다.
점성도는 분자 사이의 인력이 클수록, 분자의 구조가 길고 복잡할수록 크다.
[4] 임계 온도와 임계 압력
임계 온도 : 기체가 액화 가능한 최고의 온도
임계 압력 : 기체가 액화되기 위한 최소한의 압력
기체의 액화는 임계 온도 이하의 온도와 임계 압력 이상의 상태에서만 가능하다. 임계 온도보다 높은 온도에서는 분자 운동이 너무 활발하여 상대적으로 분자간의 인력이 약해져 액체 상태로 분자를 잡아둘 수 없다. 그러므로 아무리 높은 압력을 가해도 임계 온도 이상에서는 액화가 일어나지 않는다.
따라서 기체가 액화되려면 최소한 온도는 임계 온도보다 낮고, 압력은 임계 압력보다 높아야 한다.
또 온도가 아무리 낮아도 임계 압력 이하에서는 기체 분자 사이의 거리가 상대적으로 너무 커 액체 상태로 존재할 수 없어 기체의 액화가 일어나지 않는다.
