상태도 기본 개념 및 1원계 상태도(물의 상평형도)

안녕하세요 율짓입니다.

 

오늘부터 상태도에 대해 몇 차례에 걸쳐서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

상태도를 배우는 이유는 

 

특정 합금계의 미세조직과 상의 구조를 알 수 있는 정보들이 포함되어있고,

 

용해, 주조, 정출 및 다른 현상에 대한 많은 것을 얻을 수 있기 때문입니다.

 

 

 

이런 상태도를 해석하기 앞서서 기본 개념에 대해서 먼저 알아보도록 하겠습니다.

 

 

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● 기본 개념

 

1. 성분 (component)

합금을 구성하는 순금속이나 화합물을 의미

 

2. 계 (system)

고려 대상인 물질의 집합체

 

3. 용해한도 (solubility limit)

용매에 용해되는 어떤 원질이 최대로 용해할 수 있는 정도

 

4. 상 (phase)

물리적, 화학적으로 특성이 균일한 부분

 

1개의 상으로 구성된 계: 균질

2개 이상의 상으로 구성된 계: 혼합물, 비균질계

 

5. 평형 (equlibrium)

온도, 압력 및 조성의 특성 조합 하에서 자유에너지의 값이 최소인 상태

 

6. 상평형 (phase equilbrium)

1개 이상의 상이 존재하는 계의 평형

(시간에 따라 상의 특성이 변하지 않는 상태)

 

7. 준평형 (metastable)

완전한 평형 상태에 이르지 못한 경우

 

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● 1원계(단일 성분) 상태도

위의 상태도는 물(H2O)의 상태도입니다. 이를 통해서 1원계 상태도를 설명해보겠습니다.

 

 

1. 상 구조에 영향을 주는 매개변수

2. 매개변수 조건 변화에 따른 상의 상태 (a-o, b-o, c-o, o)

 

 

위의 순으로 진행해보도록 하겠습니다.

 

 

 

1. 상 구조에 영향을 주는 매개변수

 

상태도의 x축, y축을 확인하시면 됩니다.

 

상에 영향을 주는 인자로는 압력과 온도가 있는 것을 확인하실 수 있으실 것입니다.

 

 

 

2. 매개변수 조건 변화에 따른 상의 상태

 

대기압(1atm) 조건일 경우 온도가 높아짐에 따라,

 

0℃이하에서 물이 얼음이 되고 100℃이상에서 물이 기체로 상 변태 하는 것을 아실 것입니다.

 

 

그럼 이외에도 압력과 온도 두 가지 매개변수 변화에 따라 상이 어떻게 달라지는지 자세하게 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

* a-o

곡선 a-o를 따라서 고체상-기체상이 평형 상태를 이루고 있습니다.

 

이때, 압력이 올라가게 되면 고체상으로 되고, 온도가 올라가게되면 기체상으로 변하게 됩니다.

 

 

* b-o

곡선 b-o를 따라서 고체상-액체상이 평형 상태를 이루고 있습니다.

 

경계선 왼쪽의 조건으로 변하게 되면 고체상이 되고, 오른쪽이면 액체상이 됩니다.

 

 

* c-o

곡선 c-o를 따라서 액체상-기체상이 평형 상태를 이루고 있습니다.

 

경계선 위의 조건으로 변하게 되면 액체상이 되고, 아래쪽이면 기체상이 됩니다.

 

 

* o

O의 경우 3개의 상이 모두 존재하는 지점으로

 

고체, 액체, 기체 3상이 동시에 평형을 이루고 있어서 삼상점, 불변점이라고 합니다.

 

 

이때 온도, 압력이 고정된 지점이기 때문에 조건의 변화가 발생면 3상이 공존할 수 없게 됩니다.

 

 

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오늘은 1원계 상태도에 대해서 알아보았습니다.

 

다음 포스팅에서는 2원계 상태도에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

감사합니다.

 

 

 

2원계 상태도 (Cu-Ni 상태도) (2)