25. 기포점과 이슬점

열역학

PART 25. 기포점과 이슬점 Bubble point/Dew point

기포점과 이슬점은 액체, 기체 사이의 상변화가 일어 날 때 발생

기포 액 → 기, 이슬 기 → 액 응축 시 발생

이러한 기포 이슬의 생성은 T, P, 조성에 영향을 받음

우선 순수한 성분의 기포점, 이슬점은 T, P 만이 영향

액체의 압력이 일정 할 때 T가 증가하면 기포가 발생

EX)

25℃, 1bar 액체 물이 100℃로 증가하면 기포가 발생 = 100℃ 에서 비등을 시작한다.

25℃ 유지 압력을 감소시켜도 기포 발생 0.03bar (∵ 25℃ 증기압 = 0.03bar)

= 25℃, 0.03bar 에서 비등한다.

이슬점은 기포 생성 과정과 반대로,

EX)

1bar, 120℃ 증기가 100℃ 에 도달 시 이슬이 발생

0.01bar, 25℃ 기체 물에 0.03bar 도달 시 이슬이 발생

이같이, 순수 상태 물질의 경우, 기포점 = 이슬점

즉, 1bar, 100℃ 기포, 이슬 발생

이 말을 다시 표현하면,

순수한 물질의 상변화가 일어 날 때는 T, P가 변하지 X

But, 혼합물의 경우, 기포점 ≠ 이슬점

상변화 시 T, P가 변화

혼합물의 경우 기포점과 이슬점은 그 혼합물 조성의 영향을 받는다.

EX)

액체 상태 물+에탄올 혼합물

기포점과 이슬점은 두 성분의 혼합비율 조성에 따라 변화

∵ 두 성분의 휘발도가 다르다.

에탄올 휘발성 > 물의 휘발성

따라서, 에탄올 농도가 ↑

일정 압력 하 기포 발생 T 

즉, 기포점 온도는 낮아진다.

휘발도가 큰 성분의 비율이 증가할수록 낮은 온도에서 기포 발생한다.

에탄올 조성 ↑ = 기포점 ↓

이슬점의 경우, 물+에탄올 혼합 증기

일정 압력 하에서 온도 ↓ 이슬점에 도달

이 또한 증기 조성에 따라 변화

에탄올 농도가 ↑

혼합물의 휘발도 ↑

즉, 응축하기 어려움

그러므로 에탄올 조성이 커지면, 온도를 더 낮게 내려야 이슬이 발생

에탄올 조성 ↑ = 이슬점 ↓

순수하면 이슬점 = 기포점

But, 혼합물의 경우 다르다.

EX)

일정 P 액체 혼합물 → 기포 되는 지점 온도를 T_1

같은 P 하에 온도를 다시 낮추어 응축하는데 이때 최초의 이슬이 발생하는 온도를 T_2 라고 하자.

이때, T_1 > T_2 이다.

단, 공비점(액화와 기화가 동시에 발생하는 지점)이 발생하는 경우 두 온도는 동일

'혼합물의 기포점 ≠ 이슬점' 이라는 사실은 액 → 기, 기 → 액 상변화 시 T, P가 변화한다는 말과 같다.

물+에탄올 액 → 기 최초의 기포가 발생하여 액체 전부가 기화 할 때 까지 온도는 계속 증가한다.

이때, 최초의 기포가 발생하는 T가 기포점, 액체 전부가 기화되는 T가 이슬점이다.

이같이 순수/혼합물의 기포점과 이슬점은 T, P, 조성의 함수로

물질의 상변화가 시작되거나 종료되는 지점이다.