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누가 누가 빨리 증발하나?|
준비물 |
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실험과 관찰 |
1. 크기가 같은 그릇에 각각 물과 아세톤을 같은 양(질량) 넣는다.
2. 물과 아세톤이 담긴 그릇을 양팔저울에 달아 수평이 되게 한다.
3. 시간이 지난 후 양팔저울이 어느 쪽으로 기우는지 관찰한다. 4. 표면적이 넓은 그릇과 표면적이 좁은 그릇에 아세톤을 같은 양(질량) 넣는다.
5.양팔저울에 올려 놓고 수평이 되게 한다.
6. 시간이 경과한 후 양팔저울을 관찰한다. |
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왜 그럴까요? |
액체 물질을 이루는 분자들는은 서로를 끌어당기고 있습니다. 예를 들어, 물을 이루는 물분자들은 서로 끌어 당기고 있지요.
물 표면 아래에 있는 분자들은 위-아래, 왼쪽-오른쪽에 있는 분자들에 의해 잡아 당겨지고 있지요. 반면 물 표면에 있는 분자들은 위에서 잡아 당기는 분자들은 없어요.
액체가 기체로 되려면 근처의 분자들이 끌어 당기는 힘을 떨쳐내어야 하지요. 가열해 주지 않아도 표면의 분자들은 주위로부터 열을 흡수하여 기체 상태로 되기도 합니다. 왜냐하면 표면에 있는 분자들은 적은 수의 분자들에 의해 잡혀 있으므로, 표면 아래의 분자들에 비해 적은 열로 기화할 수 있으니까요. 이렇게 표면에서 천천히 일어나는 기화를 증발이라고 합니다.
정리하면 표면의 분자들이 주위로부터 열을 흡수하여 다른 분자들이 끌어 당기는 힘을 떨쳐내고 기화되는 것이 증발입니다. 따라서 증발이 얼마나 빨리 일어나는가는
[(1) 얼마나 열이 많이 공급되는가?]
[(2) 분자들이 기화하는데 필요한 열의 양이 어느 정도인가?]
[(3) 표면에 드러나 있는 분자들이 얼마나 많은가?]
에 따라 달라지겠지요.
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(1) 열의 공급
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외부에서 열이 많이 공급될수록 증발이 빨리
일어납니다.
따라서 다른 조건이 같다면 기온이 높을수록 증발이 빨리 일어납니다.
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(2) 분자간의 당기는 힘
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분자간의 힘이 작을수록 적은 양의 열을 흡수하여도
기화될 수 있습니다.
따라서 같은 양의 열이 공급된다면(기온이 같다면) 분자간의 당기는 힘이 작은 물질일수록 증발이 빨리 일어납니다.
분자간의 당기는 힘이 작을수록 끓는점이 낮습니다.
따라서 끓는점이 낮은 물질일수록 빨리 증발하지요.
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(3)
표면적
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증발은 액체 표면에서 일어납니다.
따라서 기온이 같고, 같은 물질이라면 표면적이 넓을수록 증발이 더 빨리 일어납니다.
증발이 일어나면 질량을 가진 분자들이 달아나버리므로 처음에 같은 질량으로 시작하였다면(수평저울이 수평상태) 증발이 빠른 물질의 질량이 더 빨리 줄어들지요. 그래서 시간이 흐르면 수평저울에서 그 물질 쪽이 위로 올라갑니다.
아세톤은 물에 비해 분자간의 당기는 힘이 작습니다. 그래서 아세톤이 물에 비해 빠르게 증발합니다.
그 결과 시간이 지나면 아세톤 쪽이 위로 올라갑니다.
그리고 표면적이 넓은 그릇에 담긴 아세톤이 더 빨리 증발하여, 시간이 지나면 그 쪽이 위로 올라갑니다.
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