물의 상평형도 (phase diagram of water)

물의 상평형도 (phase diagram of water)

 

 

▶ 액체인 물과 압력 사이의 관계

> 압력이 변할 때, 액체인 물의 끓는점은 어떻게 변할까?

> 압력이 변할 때, 액체인 물의 어는점은 어떻게 변할까?

 

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▶ 참고: 제11장 액체와 분자간 힘. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/15274 ]

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물의 상평형도는

일반적인 물질의 상평형도와 비교했을 때,

고체-액체 평형(공존) 곡선의 기울기 방향이

다릅니다(반대입니다).

 

 

 

 

[그림] 일반물질의 상평형도.

 

 

 

 

[그림] 물의 상평형도.

 

 

 

이 때문에

물의 끓는점은 압력에 비례하고,

어는점은 압력에 반비례합니다.

 

 

 

[참고] 일반적인 액체의 경우,

끓는점과 어는점, 둘 다 압력에 비례한다.

 

 

 

물의 삼중점은 0.01℃, 0.006 atm으로,

1 atm 보다 훨씬 아래에 있습니다.

정상 대기압인 1 atm 압력에서

물의 끓는점은 100℃이고, 어는점은 0℃입니다.

 

 

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만약, 압력이 1 atm 보다 높으면,

물의 끓는점은 100℃ 보다 높아지고,

어는점은 0℃ 보다 낮아집니다.

( 물의 상평형 그림에서 확인해 보세요. )

 

 

 

 

[그림] 물의 상평형도. 1 atm보다 높은 압력.

 

 

 

“압력이 높아지면, 물의 끓는점이 높아진다.”

는 것을 응용한 것이 압력밥솥입니다.

압력밥솥에서 밥을 지으면,

물이 100℃ 보다 높은 온도에서 끓기 때문에 밥맛이 좋아집니다.

( 참고: 증기압 곡선 https://ywpop.tistory.com/3133 )

 

[참고] 탄수화물은 고온에서 조리하면(익히면) 맛이 더 좋아진다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/12016 )

 

 

 

압력이 높아지면 물의 어는점이 낮아지기 때문에,

얼음 위에서 스케이팅을 즐길 수 있습니다.

 

압력은 단위면적당 작용하는 힘으로 정의됩니다.

스케이트 날의 면적은 매우 좁기 때문에,

스케이트 날 아래의 얼음에는 높은 압력이 작용합니다.

이 때문에 물의 어는점이 내려가서,

스케이트 날 아래의 얼음은 녹아서 물이 되며,

이 때문에 스케이트가 잘 미끄러지게 됩니다.

 

 

 

[참고] 어는점(녹는점)이 내려간다는 의미

물의 어는점이 0℃가 아닌, 가령 –5℃가 된다는 의미이다.

---> –3℃, –4℃에서도 물은 얼음이 아닌 액체 상태로 존재.

 

 

 

만약, 압력이 1 atm 보다 낮으면,

물의 끓는점은 100℃ 보다 낮아지고,

어는점은 0℃ 보다 높아집니다.

( 물의 상평형 그림에서 확인해 보세요. )

 

 

 

 

[그림] 물의 상평형도. 1 atm보다 낮은 압력.

 

 

 

높은 산 정상은 지상보다 기압이 낮습니다.

이 때문에 지리산 천왕봉에서 밥을 지으면,

물의 끓는점이 낮아져서 밥이 설익게 됩니다.

 

그리고 3월이나 4월에, 산 아래에는 눈(snow)이 다 녹았을지라도,

높은 산 정상에서는, 영상의 온도에서도, 눈을 볼 수가 있습니다.

 

 

 

 

[ 관련 글 http://wordpress.mrreid.org/2015/12/21/phase-diagrams/ ] 물의 상평형도

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/13671 ] [실험장치] Vacuum Desiccator. Rotary Evaporator

---> 압력을 낮추면(감압), 액체의 끓는점이 낮아지는 원리를 이용.

 

 

 

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