액체의 증기 압력(vapor pressure)

액체의 증기 압력 (vapor pressure). 표면 현상

 

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▶ 자연에서 자발적 변화의 방향

= 엔트로피(무질서도)가 증가하는 방향

 

▶ 액체보다는 기체가 훨씬 더 무질서하다, 훨씬 더 자유롭다.

 

▶ 표면에 있는 물 분자는 내부에 있는 물 분자보다

상호작용하고 있는(수소결합하고 있는) 물 분자 수가 작기 때문에,

불안정하다, 또는 자유롭다.

> 이 때문에 액체 표면에 존재하는 물 분자는

외부에서 약간의 열 에너지만 흡수해도 기체로 변할 수 있다.

---> 이 때문에 표면에 있는 물 분자 중 일부는

공기 중으로 도망갈 수 있다.

( 물이 증발하는 이유 )

( 물 뿐만 아니라, 모든 액체가 이러하다. )

 

 

 

 

[그림] 표면 물질과 내부 물질의 결합(상호작용) 상태.

( 참고: 표면 자유 에너지 https://ywpop.tistory.com/19 )

 

 

 

 

PET 물통에 물을 반쯤 채우고

마개를 꽉 막은 다음 창문 앞에 두면,

물통 안에서는 어떤 일이 벌어질까?

( 이때 실내 온도와 압력은 25℃, 1 atm이라 가정. )

 

 

 

 

액체 상태의 물 표면에 있는 물 분자들 중 일부가

물통 내부의 공기 중으로 달아난다.

 

이런 현상을 ‘증발’이라 하고,

공기 중으로 달아난 물 분자를 ‘수증기(증기)’라 부른다.

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/1918 ] 기체(gas) vs. 증기(vapor)

 

 

 

시간이 어느 정도 지나면 어떻게 될까?

계속해서 액체 상태의 물 분자가 달아나서 수증기가 될까?

 

 

 

아니다.

 

시간이 어느 정도 지나면,

액체 표면 근처에 있는 수증기 상태의 물 분자들이

액체 표면과 충돌하면서 다시 액체 상태의 물로 되돌아온다.

이런 현상을 ‘응축’이라 한다.

 

 

 

이 때문에 일정 시간이 지난 후에는

증발되는 분자의 수와 응축되는 분자의 수가 같아져서,

물통 내부의 공기 중에는

일정한 수의 수증기 상태의 물 분자들이 존재한다.

 

※ [증발 ⇌ 응축] 과정이 평형에 도달한 상태.

 

 

 

수증기 상태의 물 분자들은

기체 상태의 물 분자처럼 끊임없이 운동을 하면서

물통 내부 벽과 부딪친다.

 

이 때문에 물통 내부에는 압력이 발생하는데,

이 압력을 ‘증기 압력’이라 한다.

 

 

 

 

▶ 액체의 증기 압력 또는 증기압

> 일정 온도에서, 어떤 ‘액체’가 나타낼 수 있는 최대 증기 압력.

> 일정 온도에서 항상 같은 값을 가짐.

※ 증기압 평형 ≡ [액체 ⇌ 기체] 평형.

 

 

 

참고로, 물의 증기압은

25℃에서 23.76 torr, 100℃에서 760 torr이다.

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5014 ] 물의 증기압 도표

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/3133 ] 클라우지우스-클라페이롱 식, Clausius-Clapeyron relation

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/2653 ] 휘발성 물질, 비휘발성 물질

 

 

 

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