▶ 액체에서 기체로, 기체에서 액체로-기화와 액화

 

  A. 기화와 액화 - 분자에게 무슨 일이?

물을 가열하면(열을 가하면) 수증기가 되고 수증기를 식히면(열을 빼앗으면) 다시 물이 되지요. 이렇게 액체에서 기체로 되는 과정을 기화, 기체에서 액체로 되는 과정을 액화라고 합니다.

        
        

  분자들끼리 붙어서 자유롭게 움직이고 있는 액체 상태에 열을 가하면 분자들이 더 많은 에너지를 갖게 되고 충분히 열을 가하면 분자 사이의 잡아당기는 힘마저도 이겨내고 뿔뿔이 흩어지게 됩니다. 이 상태가 바로 기체이지요. 기체를 식히면 반대 현상이 나타난답니다.

 

 

  B. 기화와 액화 - 열의 이동

한 물질이 액체에서 기체로 될 때 외부로부터 열을 흡수합니다. 따라서 주위는 열을 빼앗기게 되지요. 그런데 액체가 기체가 될 때 왜 에너지가 필요할까요? 액체가 기체로 되려면 분자 간의 끌어당기는 힘을 끊어 주어야 합니다. 분자들이 서로 끌어 당기고 있는 것은 손을 꼭 잡고 있는 두 사람과 비슷한 상황입니다. 이 두 사람을 서로로부터 떼어 놓으려면 에너지가 필요합니다. 마찬가지로 분자 간의 끌어당기는 힘을 끊어 주려면 에너지가 필요하지요. 열이 바로 이 에너지를 제공하여 줍니다.

             

  어머니들이 손톱을 지울 때 쓰는 아세톤을 손등에 바르면 시원하지요. 이것은 아세톤이 액체에서 기체로 되면서 손등의 열을 빼앗아 가기 때문입니다. 더운 여름 낮 마당에 물을 뿌리면 조금 시원해지지요. 또 목욕탕에서 젖은 몸으로 목욕탕 밖으로 나오면 서늘하지요. 이것도 물이 수증기로 변하면서 주위(이 경우 우리 몸)의 열을 흡수하기 때문이랍니다.

  우리의 체온 유지에도 기화열이 큰 역할을 합니다. 우리가 운동을 하면 몸에서 열이 납니다. 땀도 함께 나지요. 땀의 주성분은 물인데 물이 수증기로 기화하면서 우리 몸으로부터 열을 빼앗아주니까 우리 몸이 너무 뜨거워지지 않게 해 줍니다. 만약 땀이 기화하면서 열을 빼앗아주지 않는다면 운동 후 우리 모습은 어떨지 상상해 보세요.

C. 기화와 액화에 따른 부피 변화

액체상태에서는 분자들끼리 서로 잡아당기며 서로로부터 가까이 배열되어 있습니다. 그러나 기체에서는 분자들의 운동이 활발해져 분자들끼리 잡아당기지 않고 서로로부터 멀리 떨어져 있습니다. 그러니까 액체에서 기체로 변하면서 분자들 사이의 빈 공간이 많이 생기고 따라서 부피가 많이 커지지요.


액체
기체

 

 

기체는 용기 안에 가둬 두지 않으면 다 도망가 버리지요. 따라서 기체는 닫힌 용기에 담아 두어야 하는데 속 공간이 커졌다 작아졌다 할 수 있는 용기에 기체를 담으면 용기 안의 압력이 용기 밖의 압력 - 대기압, 보통 1기압 - 과 같아지도록 용기 속의 부피가 조절됩니다. 그러한 용기의 대표적인 예가 풍선입니다.


1기압 하에서 물을 가열하여 수증기로 만들면 부피가 2000배 정도 증가합니다. 엄청나지요?


어머니들께서 다리미질 하실 때 물을 뿌리시지요. 그 이유를 아래에서 알아보세요.
[아하과학/ 생활속의 과학/ 물을 뿌리면 다리미질이 잘 되는 이유]