화학

상평형과 상그림

깁스 상률, 단성분 상그림, 공융, 레버 규칙.

기초

상률

깁스 상률은 F = C − P + 2 입니다. F는 자유도, C는 독립 성분 수, P는 상 수입니다. 단성분(물)에서 삼중점은 F=0이라 온도와 압력이 고정됩니다. 이원계에서는 +2 대신 압력을 고정하면 F = C − P + 1 처럼 쓰는 일이 많습니다. 상그림의 선과 면이 이 숫자를 시각화합니다. 수업용 스케치이며, 비이상 계는 활동도로 고쳐 씁니다.

단성분 상그림

물·이산화탄소의 P–T 그림에서 곡선은 두 상이 공존하는 곳입니다. 임계점 너머는 초임계 유체로, 액체와 기체의 구분이 사라집니다. 물의 융해 곡선이 왼쪽으로 기울면 압력이 오를 때 녹는점이 내려갑니다. 승화는 고체가 액체를 거치지 않고 기체가 되는 길입니다. 실제 라벨은 물질마다 다릅니다.

이원 공융

두 성분이 고체에서 거의 섞이지 않으면 공융점이 나타납니다. 그 조성·온도에서 액체와 두 고체가 함께 있습니다. 액상선 위는 전부 액체, 그 아래는 액체+고체, 고상선 아래는 고체입니다. 납–주석 땜납이 교과서 예입니다. 냉각 곡선에 평탄한 구간이 공융을 알려 줍니다.

레버 규칙

이중상 영역에서 전체 조성이 두 상 사이 어디에 있는지로 상 분율을 읽습니다. 긴 팔이 적은 쪽의 상입니다. 질량 보존을 막대 저울처럼 쓰는 그림입니다. 몰 분율이든 질량 분율이든 축과 일관되게 써야 합니다. 등온 연결선(타이 라인) 위에서만 적용합니다.

공식

깁스 상률

F = C − P + 2

압력을 고정한 응축계는 종종 +1.

기호

F 자유도
C 성분 수
P 상 수

클라우지우스–클라페롱 (스케치)

dP/dT = ΔH / (T ΔV)

공존 곡선의 기울기. 증기면 ΔV≈V_gas.

기호

ΔH 상전이 엔탈피
ΔV 부피 변화

레버 규칙

f_α = (w_β − w) / (w_β − w_α)

전체 조성 w, 상 조성 w_α·w_β. 질량 분율 예.

기호

f_α α상 분율
w 전체 조성

핵심 표

물의 삼중점	273.16 K, 611.657 Pa — 온도 눈금의 정의 앵커
임계점 (물)	약 647 K, 22.1 MPa
공융 땜납	Sn–Pb 공융은 약 183 °C에서 한꺼번에 굳음