안녕하세요. 화공생명공학과 24학번 김교은입니다. 수업 중 Principle of Corresponding States에 대해 궁금한 점이 생겨 이렇게 질문을 드립니다.
교수님께서 분자량이 작은 물질은 대응 상태 법칙에 잘 맞고, 큰 물질은 그렇지 않다고 설명해주셨는데, 혹시 분자량이 작은 물질도 예외가 있을 수 있는지 궁금합니다.
예를 들어, 헬륨처럼 임계온도가 매우 낮은 물질(5.2K)은 극저온 환경에서 실험이 이루어져야 하므로, 정밀한 측정이 어려워 임계값에 오차가 생길 수 있고, 그 결과 Tr, Pr, Vr 계산 시 정확도가 떨어질 수 있다고 생각해보았습니다. 혹시 이러한 실험적 한계도 대응 상태 법칙이 적용되지 않는 이유 중 하나가 될 수 있을지 여쭙고 싶습니다.
항상 좋은 수업 감사드립니다.
학우님 안녕하세요,
저 또한 질문 주신 김교은 학우님과 앞서 답변드린 오진우 학우님과 같이 임계값 측정의 어려움으로 인해 PCS EOS의 정확도가 감소할 수 있다고 생각합니다.
헬륨 외에도 수소 또한 임계온도가 33K으로 매우 낮아 실험적으로 다루기 어렵다고 알고 있습니다. 이러한 극저온 환경에서는 정밀하게 측정하는 것이 어렵기 때문에 오차가 발생할 가능성이 크며, 이에 따른 오차가 누적되어 PCS EOS가 잘 맞지 않을 수 있습니다.
뿐만 아니라 헬륨의 에너지 준위가 양자적으로 불연속적이기 때문입니다. 즉 임계점과 같은 극저온 환경에서 열에너지가 매우 작아져 헬륨 에너지 준위의 불연속성이 두드러지게 됩니다. 그러나 PCS EOS에서는 일반적으로 모든 에너지가 연속적으로 변한다고 보기 때문에 헬륨에서의 PCS EOS 적용이 정확하지 않을 수 있습니다. 헬륨의 양자적 거동으로 인한 다양한 영향 중 제가 간단히 이해할 수 있는 한 가지만을 언급 드렸습니다. 제가 양자역학을 따로 배운 것이 아니며, 아직 공부 중인 학생이기에 잘못된 정보일 수 있다는 점 감안해주시길 바랍니다. 조교님과 교수님의 더욱 좋은 답변을 기다리시는 게 좋을 것 같습니다!
감사합니다 :)
안녕하세요, 교은 학우님, 말씀하신 대로, 저 또한 분자량이 작은 기체라도 예외적인 경우가 있을 수 있습니다는 견해입니다.
헬륨(He)과 같은 극저온에서 임계점을 가지는 기체는 실험적으로 임계온도, 임계압력 등의 측정이 어렵고, 작은 오차도 Tr, Pr, Vr 계산에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 그래서 대응 상태 법칙이 적용될 때 정확도가 떨어질 가능성이 있는 게 맞다고 생각합니다.
추가적으로, 헬륨은 비정상적으로 약한 분자 간 인력(주로 London 분산력)만을 가지기 때문에, 일반적인 분산력 기반의 대응 상태 법칙과는 조금 다른 거동을 보일 수 있습니다. 특히 양자역학적 효과도 영향을 줄 수 있어서 일반적인 기체들과는 다르게 행동할 수도 있는데, 이 부분에 대해서는 저 또한 더욱 연구가 필요하다고 생각합니다.
좋은 질문 감사합니다 😊
오진우 드림.