개념 한 쪽
포화도는 혼합기체 속 특정 성분이 동일 온도에서 가질 수 있는 최대치 대비 얼마나 존재하는지를 나타내는 지표이다. 실제 분압을 그 성분의 포화증기압으로 나누어 비율로 표현하는 방식이 기본 개념이다. 문제에서는 부피비율을 몰분율 또는 분압으로 변환하는 절차와 단위일치를 점검하는 형태가 자주 출제된다.
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출제기준 단원 「포화도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 분압 계산 후 포화도 산정 | 1 | 주어진 vol%와 전체압으로부터 성분의 분압을 구해 포화도 값을 계산하는 법을 묻는다 |
| 분압→포화증기압 비교 계산 | 1 | 실제 분압을 포화증기압으로 나누어 상대포화도를 백분율로 구하는 절차를 묻는다 |
| 포화 체적분율을 이용한 비교 | 1 | 포화증기압으로부터 포화 체적분율을 유도한 뒤 실제 체적분율과 비교하는 방식을 묻는다 |
포화도(상대포화도 또는 비교포화도)는 특정 성분의 실제 분압을 같은 온도에서의 포화증기압으로 나눈 값으로 정의한다. 일반적으로 상대포화도는 (실제 분압 ÷ 포화증기압)×100으로 백분율로 표현하며, 분압은 전체압력에 그 성분의 몰분율(부피분율)을 곱해 구한다.
부피분율은 이상기체 상태에서 몰분율과 같다고 가정하므로, 문제에서 주어진 vol%를 소수로 환산해 전체압력에 곱하면 분압을 얻는다. 분압 계산 이후 그 값을 해당 온도에서의 포화증기압으로 나누어 포화도를 산정하는 순서를 반드시 지켜야 한다.
비교포화도라는 용어는 문헌이나 문제에 따라 체적분율을 포화 시의 체적분율로 나눈 비율로 설명되기도 한다. 이 경우 포화 체적분율은 포화증기압을 전체압으로 나누어 근사할 수 있으며, 실제 분율을 이에 비교해 백분율을 구하는 방식이 사용된다.
단위가 혼재된 문제는 단위를 일치시킨 뒤 계산해야 한다. 예를 들어 분압이 mmHg로 주어지고 포화증기압이 kgf/cm²로 주어지면 한 쪽을 다른 쪽 단위로 변환한 뒤 나눗셈을 수행해야 한다. 단위 변환을 생략하면 잘못된 결과를 얻기 쉽다.
예1: 벤젠 10vol%가 포함된 혼합물에서 전체압력 740mmHg, 20℃에서 벤젠의 포화증기압 80mmHg일 때 분압은 740 × 0.10 = 74mmHg이고, 상대포화도는 (74 ÷ 80)×100 = 92.5%가 된다. 이 계산은 부피분율을 몰분율로 간주하여 분압을 구한 뒤 포화증기압으로 나누는 표준 절차를 따른다.
예2: 아세톤 14.8vol%가 들어 있는 혼합물에서 전체압력이 745mmHg이고 온도가 20℃이며 아세톤의 포화증기압이 184.8mmHg일 때 분압은 745 × 0.148 = 110.26mmHg이고, 상대포화도는 (110.26 ÷ 184.8)×100 ≈ 59.7%가 된다. 문제에 따라 비교포화도로 정답을 53%로 처리하는 경우가 있으므로 표준 정의를 확인하되, 분압 계산과 포화증기압 비교 순서를 준수한다.
부피로 아세톤 15vol% 를 함유하고 있는 질소와 아세톤의 혼합가스가 있다. 20℃, 750mmHg 에서의 아세톤의 비교포화도는? (단, 20℃ 에서의 아세톤의 증기압은 185mmHg 이다.)
정답 ② · 혼합가스 중 아세톤의 비교포화도를 구하는 문제이다. 비교포화도는 절대습도 개념을 기준으로 하며, 아세톤의 몰비를 포화 상태의 몰비로 나눈 값으로 계산한다.
비교포화도는 부분기체분압을 포화증기압으로 나눈 값이므로, 몰분율로 부분압을 구한 후 증기압으로 나누어 계산한다.
질소에 아세톤이 14.8vol% 포함되어 있다. 20℃, 745mmHg에서 이 혼합물의 상대포화도는 약 몇 %인가? (단, 20℃에서 아세톤의 포화증기압은 184.8mmHg이다.)
정답 ② · 상대포화도는 혼합물 중 특정 성분의 실제 분압을 동일 온도에서의 포화증기압으로 나눈 백분율입니다. 아세톤의 몰분율(체적분율)이 14.8%이므로 아세톤의 분압(Pa)은 745mmHg × 0.148 = 110.26mmHg입니다.
상대포화도는 실제 분압을 포화증기압으로 나눈 값에 100을 곱하여 백분율로 표현한다.
질소에 벤젠이 10vol% 포함되어 있다. 온도 20℃, 압력 740mmHg일 때 이 혼합물의 상대포화도는 몇 % 인가? (단, 20℃에서 순수한 벤젠의 증기압은 80mmHg이다.)
정답 ③ · 혼합 기체의 벤젠의 분압과 해당 온도에서의 순수 벤젠의 포화 증기압을 비교하여 상대 포화도를 계산하는 문제입니다. 상대 포화도는 혼합 기체 중 벤젠의 실제 분압(P_b)을 동일한 온도에서의 순수 벤젠의 포화 증기압(P*_b)으로 나눈 백분율입니다.
상대포화도는 혼합기체 중 휘발성 성분의 분압을 해당 온도에서의 포화증기압으로 나눈 값의 백분율이다.
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