안녕하세요 생명과학부 23학번 이유민입니다. Principle of Corresponding States와 관련하여 궁금한 점이 있어 질문드립니다.
교수님께서 nitrogen, methane, propane 등을 예시로 이 principle이 분자량이 작은 경우에는 잘 맞지만, 분자량이 큰 경우에는 잘 맞지 않는 경향성을 가진다고 설명해 주셨습니다.
분자량이 작을수록 분자 간 인력이 단순하고, 분자의 형태도 상대적으로 spherical에 가까워지므로 principle이 제대로 적용될 가능성이 높아진다고 이해했습니다. 또한 spherical한 경우에 잘 적용이 되는 이유는 분자 간 인력과 회전이나 충돌 방식이 단순하기 때문이라고 이해했는데, 이런 사고가 맞는지 궁금합니다. 오류가 있거나 추가적인 이유가 있다면 알고싶어 질문드립니다.
감사합니다.
이유민 학우님 안녕하세요,
이해하신 내용이 전반적으로 맞다고 생각합니다. Principle of Corresponding States는 무차원화된 온도, 압력, 부피를 사용하여 다양한 물질의 거동을 일반화하려는 개념인데, 분자 간 인력이 단순하고 분자의 형상이 구형(spherical)에 가까울수록 적용이 잘 되는 경향이 있습니다.
제가 아는 한도 안에서 추가적으로 설명하자면, 분자량이 작은 기체는 구형 대칭에 가깝고, 극성이 약하거나 거의 없는 경우가 많아서 분자 간 상호작용이 주로 분산력(van der Waals force의 일종)에 의해 지배됩니다. 이런 경우에는 분자 간 인력의 성질이 비교적 일정하므로, corresponding states 원리가 잘 적용되는 것으로 생각됩니다.
반면에 분자량이 큰 분자는 비대칭적인 형상을 가지거나 극성이 커질 가능성이 높아 분자 간의 상호작용이 단순한 분산력만으로 설명되지 않습니다. 예를 들면, 이온-쌍극자, 수소결합, 쌍극자-쌍극자 상호작용 등 다양한 힘이 추가적으로 작용할 수 있어서 대응 상태 원리가 완벽히 적용되지 않는 경우가 많다고 알고 있습니다. 감사합니다. 오진우 드림.