증류탑의 위쪽과 아래쪽에서 나오는 물질의 탄소 수와 끓는점의 관계를 설명해 주세요.

Question

원유를 가열하면 끓는점이 낮은 물질부터 차례대로 분리되어 나옵니다. 증류탑의 위쪽과 아래쪽에서 나오는 물질의 탄소 수와 끓는점의 관계를 설명하고, 가솔린, 등유, 경유, 중유가 각각 우리 실생활의 어떤 에너지원으로 쓰이는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

원유를 증류탑에서 가열하면 끓는점이 낮은 성분부터 차례로 분리되어 위쪽으로 올라가고, 끓는점이 높은 성분은 아래쪽에 남습니다. 이때 성분의 탄소 수가 적을수록 끓는점이 낮아 위쪽에서 나오고, 탄소 수가 많을수록 끓는점이 높아 아래쪽에서 분리되는 특징이 있습니다.

예를 들어, 가솔린은 탄소 수가 5~12개 정도로 끓는점이 낮아 증류탑의 위쪽에서 나오며, 휘발성이 강해 자동차와 오토바이 같은 소형 엔진의 연료로 쓰입니다. 등유는 탄소 수가 10~16개 정도로 중간층에서 나오며, 난방용 연료나 항공기 제트연료로 사용됩니다. 경유는 탄소 수가 15~20개 정도로 더 무겁고 끓는점이 높아 아래쪽에서 나오며, 트럭·버스·건설장비 같은 디젤 엔진의 연료로 쓰입니다. 마지막으로 중유는 탄소 수가 20개 이상으로 가장 무겁고 끓는점이 높아 증류탑의 맨 아래에서 나오며, 선박 연료나 산업용 보일러, 발전소 연료로 활용됩니다.

정리하면, 증류탑의 위쪽은 가벼운 연료(가솔린, 등유)가, 아래쪽은 무거운 연료(경유, 중유)가 분리되며, 각각의 성분은 우리 생활 속에서 교통, 난방, 산업 에너지 등 다양한 분야에 쓰이고 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

원유를 증류탑에서 가열하면 성분들이 끓는점 차이에 따라 분리되는데요 이때 중요한 것은 탄소 수에 따른 분자 크기와 끓는점의 관계입니다. 일반적으로 탄소 원자의 개수가 많아질수록 분자가 커지고 분자 간 인력이 강해지기 때문에 끓는점이 높아지는 경향이 있으므로 탄소 수가 적은 가벼운 탄화수소는 낮은 온도에서 쉽게 기화되어 증류탑의 위쪽으로 올라갑니다. 반면 탄소 수가 많은 무거운 탄화수소는 높은 온도에서도 액체 상태를 유지하여 아래쪽에 남게 됩니다. 증류탑 내부는 아래쪽이 가장 뜨겁고 위쪽으로 갈수록 온도가 점점 낮아지는 구조이기 때문에, 끓는점이 낮은 물질일수록 위쪽에서 응축되어 분리됩니다. 이처럼 증류탑에서의 분리는 단순히 끓는 순서가 아니라, 분자 구조와 탄소 수에 따른 물리적 성질 차이를 이용한 것이라고 보시면 됩니다.