임계점 (열역학)

임계점(臨界點, Critical point)은 액체와 기체의 상이 구분될 수 있는 최대의 온도-압력 한계이다.

임계점의 형태

임계점 역시 삼중점처럼 상평형 그림에 나타난다. 증기 압력 곡선은 어느 한 점에서 끝나는데(이 점까지밖에 그릴 수 없는 것이다) 이 점은 하나의 온도와 압력을 나타낸다. 이것이 임계 온도와 임계 압력이다.

임계점 근처의 물질의 상태

대기의 대부분을 이루는 질소 기체(N₂)는 상온에서 아무리 압력을 가해도 액화되지 않는다. 이것은 질소의 임계 온도가 -147.1℃이기 때문인데, 임계 압력 이상을 가하면 초임계유체가 되면서 액체와 기체의 구분이 사라진다.

물과 공기의 예

액체인 물은 1기압 100℃에서 수증기로 변한다. 따라서 1기압하에서는 100℃ 이상의 온도에서 액체인 물은 존재하지 않는다. 100℃ 이상의 온도에서 물을 액체 상태 그대로 유지하려면 압력을 가할 필요가 있다. 압력을 가해서 218.3기압이 되면 물의 끓는점은 374.2℃가 된다. 그러나 그 이상의 온도가 되면 압력을 계속 가해도 물은 더 이상 액체 상태를 유지하지 못한다. 이 온도를 물의 임계 온도라 하고, 이때의 압력을 임계 압력이라고 한다.

공기는 1기압에서는 아무리 온도를 내려도 액체가 되지 않는다. 온도를 －140.7℃로 내리고 37.2기압보다 큰 압력을 가하면 비로소 액체가 된다. 즉, 공기의 임계 온도는 -140.7℃이고, 임계 압력은 37.2기압이다. 이 이하의 온도에서는 더 낮은 압력을 가해도 액체가 된다.

같이 보기

• 임계현상
• 상전이
• 삼중점
• 초임계유체

참고 자료

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