임계상태

요약 어떤 물질 또는 현상의 성질에 변화가 생기거나 그 성질을 지속시킬 수 있는 경계가 되는 상태를 가리키는 물리학 용어이다. 예를 들어, 기체를 일정한 온도에서 압축시키면 액체가 되는데, 임계온도를 넘어서면 아무리 압축해도 액화되지 않는다. 또, 이 때의 기체는 임계상태에 있다고 말한다.

일반적으로 기체는 일정한 온도에서 압축하면 밀도가 커져서 액화하기 시작하는데, 온도가 어느 한도를 넘으면 아무리 압축해도 액화하지 않는다. 이 한계가 되는 온도를 기체의 임계온도라 하고, 임계온도에서 액화시키는 데 필요한 압력을 임계압력이라고 한다. 또 임계온도·임계압력 상태의 기체를 임계상태에 있다고 한다.

그러므로 액체상과 기체상이 공존할 수 있는 최대한의 한계상태를 말하며, 이 상태에서는 기체와 액체의 밀도가 같아져서 물질은 기체상이나 액체상 어느 쪽에 속한다고 할 수 없게 된다. 암모니아처럼 상온에서 쉽게 액화할 수 있는 물질은 임계온도·임계압력이 모두 높지만(135.4℃, 21.5atm), 헬륨(임계온도 －267℃)이나 산소·수소는 임계온도가 매우 낮다. 이 때문에 한때 이들 기체를 액화상태로 만드는 것은 불가능하다고 여겨져서 영구기체라고 한 경우도 있다. 그러나 일반적으로 기체는 그 임계온도보다 훨씬 높은 온도에 있으면 이상기체로서의 성질에 가까워져 보일-샤를의 법칙 pV=RT를 만족하게 된다.