이슬점(dew point), 거품점(bubble point), 끓는점(boiling point), 비점선도

이슬점(dew point), 거품점(bubble point), 끓는점(boiling point) 의 차이는 무엇일까?

먼저 증기압곡선을 보도록 하자.

 

증기압(Vapor pressure)이란 순성분의 액체와 기체가 평형에 있을 때 평형압력을 말한다.

이는 온도가 증가함에 따라 증가하고,

증기압곡선은 물의 상평형 그래프(P-T)에서 볼 수 있는 오른쪽에 있는 곡선(기화선)이다.

이 그래프에서 왼쪽이 액체이고 오른쪽이 기체인 건 다들 알고 있다.

그리고 다시금 왼쪽부분은 과냉각(subcooled), 오른쪽 부분은 과열(superheated)라고 표현한다.

곡선 위는 포화(saturated)라고 얘기한다.

또 하나의 그림을 보자.

이 그림은 비점선도라고도 하고, 보통 Boiling point diagram 또는 Txy diagram 이라고 부르는 것이다.

(화공기사 2017년 2회 8번 문제에서 가져옴, 1기압 하에서 2성분계 용액에 대한 비점선도라고 한다.)

많이들 봤을 그림이다. 이성분계에서 x축은 조성, y축은 온도를 나타낸 그래프이다.

그럼 이슬점과 거품점에 대해 알아보자.

* 이슬점(dew point) : 일정 압력에서 증기를 천천히 냉각했을 때 액체형태의 방울(droplet)이 처음 생기는 온도

(포화증기가 응축하기 시작하는 온도)

* 거품점(bubble point) : 일정 압력에서 액체를 천천히 가열했을 때 기체형태의 거품(bubble)이 처음 생기는 온도

(액체가 끓기 시작하는 온도)

위 비점선도를 보면 쉽다.

윗 곡선이 dew point curve(또는 saturated vapor line)이고,

아래 곡선이 bubble point curve(또는 saturated liquid line)이다. 

점 C 는 액체조성 0.4에서 bubble point,

점 E 는 기체조성 0.4에서 dew point 이다.

1기압 하에서 조성 0.4인 액체를 천천히 가열하면 50℃ 에서 끓기 시작한다.

그럼 끓는점(boiling point)은?

* 끓는점(boiling point) : 액체의 증기압과 액체 주변의 압력이 같아지는 온도(액체에서 기체로 변할 때)

위와 같은 일정 압력 하에서 이성분계를 천천히 가열하는 경우를 생각해보면,

비휘발도 차이에 따라 끓는 과정중에 조성이 계속 달라지고 끓는점도 계속 달라진다.

위 비점선도의 예에서는 50℃ 에서 끓기 시작해서 60℃ 까지 끓고 60℃ 에서는 모두 기화되고 액체는 사라진다.

빨갛고 굵은 글씨들을 보면 어느정도 거품점과 끓는점의 차이가 감이 오리라 생각된다.

별 의미는 없겠지만 순수한 물질에서 이슬점=거품점=끓는점 이다.

끓는 동안 온도가 변하지 않으니까.

(순수한 물질에서 거품점이라는 말을 쓰는 지 잘 모르겠다..)