임계 온도와 임계 압력의 이해

임계 온도와 임계 압력의 이해

낮은 임계 온도와 임계 압력을 갖고 있는 가스는 액화시킬 수 있지만 

 

높은 온도 상태에 있는 가스의 경우 상대적으로 

 

이를 액화 시킬 수 있는 높은 압력을 필요로 합니다. 

 

하지만 특정 가스 상태가 가지고 있는 온도가 일정 값을 

 

초과한 상태에 있을 때 아무리 높은 압력을 가하더라도 

 

액화되지 않는 온도를 임계 온도라 정의합니다. 

 

 

 

대표적 표준물질인 물의 임계 온도는 274.14 °C 

 

임계 압력은 22.09 Mpa 입니다. 

 

다시 말해 274.14 °C 를 초과한 상태에서는 

 

아무리 압력을 높이더라도 물은 더이상 액체 상태를 유지할 수 없게 됩니다.

 

일상생활에서 볼 수 있는 모든 물질은 고체, 액체, 기체 

 

세 가지 상(Phase)으로 존재합니다. 

 

대표적인 표준 상을 아래와 같이 예시할 수 있습니다.

• 고체 : 철

 

• 액체 : 물

 

• 기체 : 공기

대기상에 있는 공기는 고체와 액체 상태가 아닌 

 

기체 상태로 분류합니다.

 

 지구상의 모든 물질의 형태는 물리적 조건에 따라 

 

영구적이지 않습니다. 

 

 

예를 들어 철(Steel)을 가열하여 쇳물로 변형시키거나, 

 

이산화탄소의 경우 일반적으로 기체 상태에 있지만, 

 

일정 이상 저온과 압력 상태에서 액체나 

 

고체 상태(드라이아이스)로 상(Phase)의 변화가 있을수도 있습니다. 

 

 

이처럼 모든 물질은 객관적인 조건하에 따라 상의 변형을 동반합니다.

액화란 가스 상태의 물질을 액체 상태로 

 

상변화를 일으키는 과정을 뜻 합니다.

 

 

 과학이 발달하기 전 19 세기 초만 하더라도 

 

대기상의 모든 기체는 본질적으로 기체상태이며 

 

이를 다른 고체나 액체로 바꿀 수 없다고 생각했습니다. 

 

 

질소나 산소와 같은 물질은 액화시킬 수 없는 

 

영구적인 기체라고 잘못된 생각을 가지고 있었습니다. 

 

 

그러나 오늘날 기술의 발달은 물질을 가압할 수 있는 

 

정도의 향상을 가져왔고 액화질소, 액화석유가스와 

 

같이 오래전에는 생각하지 못한 기체 상태의 물질을 

 

액체상태의 물질로 만들 수 있게 되었습니다.

가스 상태의 물질은 분자 간 활동성이 적을 때 액체로 

 

변하기 쉬우며 이러한 분자 간의 운동은 온도에 

 

영향을 받기 때문에 온도가 낮아져야 만 분자간의 

 

충돌이 잦아지고 액화 현상이 보다 쉽게 일어날 수 있습니다. 

 

 

다시 말해 온도가 높다는 것은 물질의 운동성이 높아져 

 

액화가 될 수 있는 것을 더욱더 어렵게 만든다는 것을 

 

의미하며 물질이 임계 온도에 도달하였을 때 

 

아무리 높은 압력을 가하더라도 액화할 수 없는 상태가 됩니다. 

 

 

임계 압력이란 가스를 액화하기 위해 필요로 하는 최소한의 압력을 말합니다.

상온 상태에서 대표적으로 임계 온도가 낮은 물질을 예로 들 면 ;

• 이산화탄소 : 32 °C

 

• 아세틸렌 : 36.5 °C

 

• 암모니아 : 16.7 °C

이러한 물질의 특징은 상온 상태에서도 압력을 

 

가해 액화 할 수 있다는 것을 뜻합니다. 

 

반면에 수소나 헬륨과 같은 물질의 임계 온도는 

 

-240~270 °C 사이에 존재하며 이러한 물질을 

 

액화 상태로 변경하기 위해서는 해당 임계점까지 

 

저온 상태를 만들어 압축해야 한다는 것을 의미합니다.

• 수소 : -239.9 °C

 

• 헬륨 : -267.9 °C

내용정리

모든 물질은 임계 온도와 압력을 갖고 있으며 

 

상온 상태에서 임계 온도를 갖고 있는 물질일 수록 

 

쉽게 액화 할 수 있는 반면 헬륨, 수소와 같은 물질은 

 

상온 상태에서는 임계온도를 초과 화여 액화시킬 수 없습니다. 

 

 

임계 온도란 이러한 임계(물질의 경계를 구분하는 구간) 점을 

 

결정하는 물질의 특징이라 할 수 있습니다. 

 

 

플랜트 산업에서는 Critical point 라는 영문 용어를 

 

사용하여 물질의 임계 온도를 기술하여 상(Phase)을 

 

가늠하는 기준으로 사용하며 이를 통해 유체의 특성과 

 

필요한 계산 업무를 수행하게 됩니다.

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