홍라이프 계산기액체 에틸렌 밀도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 105K에서 275K 사이 포화 액체 에틸렌(C₂H₄)의 밀도를 kg/m³, g/cm³, lb/ft³, mol/L로 구하고, 비부피와 정한 부피의 질량도 함께 보여 줍니다. 극저온 저장, 석유화학 공정, 열역학 수업에서 쓰입니다.
계산 방법
몰 밀도 c는 공개된 포화 액체 표(105~275K, 5K 간격)에서 선형 보간합니다.
밀도 ρ(kg/m³) = c(mol/L) × 28.054g/mol
비부피 = 1,000 ÷ ρ(L/kg), 질량 = ρ × 부피
- 온도는 K, °C, °F 중 하나로 넣으며 켈빈으로 바꿔 계산합니다.
원리
액체 에틸렌은 삼중점(약 104K)과 임계점(282.34K, 5.039MPa) 사이에서 존재합니다. 액체와 기체가 공존하는 포화 곡선을 따라 온도가 오르면 분자 운동이 활발해지고 분자 사이가 멀어져 액체가 팽창합니다. 임계점에 가까워지면 액체와 기체의 차이가 사라져 밀도가 점점 더 빠르게 떨어집니다. 이 계산기는 식 대신 미국 국립표준국(NBS)의 참조 자료 표를 쓰고, 몰 밀도에 몰질량을 곱합니다.
예제 풀이
기본값인 170K, 부피 1,000L로 계산합니다.
- 170K는 표에 있는 점이므로 c = 20.208mol/L입니다.
- ρ = 20.208 × 28.054 = 566.9kg/m³ = 0.5669g/cm³ = 35.391lb/ft³입니다.
- 비부피 = 1,000 ÷ 566.9 = 1.7639L/kg입니다.
- 1,000L의 질량 = 566.9 × 1m³ = 566.9kg입니다.
결과 해석
이 온도에서 액체 에틸렌의 밀도는 물의 절반보다 조금 큽니다. 105K에서 275K 사이에 밀도가 대략 절반 가까이 줄어들므로, 같은 탱크라도 액체가 따뜻하면 훨씬 적은 질량이 들어갑니다. 270~275K 근처에서는 밀도가 매우 빠르게 변해 작은 온도 오차가 큰 밀도 오차로 이어집니다. 표의 5K 간격 사이는 직선으로 보간하므로, 곡선이 가파른 고온 쪽에서는 보간 오차도 조금 커집니다. 탱크 충전량을 정할 때는 온도가 올라 액체가 팽창할 여유 공간을 반드시 남겨 두어야 합니다.
흔한 실수
- 압력을 받은 과냉 액체에 포화 액체 밀도를 쓰는 경우(과냉 액체가 조금 더 밀합니다)
- K로 설정된 칸에 °C 값을 넣는 경우
- 105~275K 범위 밖에서 표를 쓰는 경우
자주 묻는 질문
포화 액체는 무엇입니까?
그 온도의 증기압에서 자신의 증기와 평형을 이루는 액체입니다.
282K 근처에서 밀도가 빠르게 떨어지는 이유는 무엇입니까?
액체와 기체의 구분이 사라지는 임계점 근처이기 때문입니다.
에틸렌의 몰질량은 얼마입니까?
28.054g/mol입니다.
에테인에도 쓸 수 있습니까?
없습니다. 에테인은 성질이 다르므로 그 물질의 자료를 쓰십시오.
출처: P. M. Holland, B. E. Eaton and H. J. M. Hanley, J. Phys. Chem. Ref. Data 12, 917 (1983), Tables 4 and 7