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▶ 끓는점 |
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A. 끓는점이란 1기압 하에서 물을 가열하면 섭씨 100도가 되면 끓습니다. 끓는다는 것은 물 표면 아래에서 기포가 생겨 표면으로 올라오면서 뽀글뽀글 소리를 내는 현상입니다. 그러니까 물 표면 아래에서 기포가 생겨야 하는 거지요. 대기압이 1기압인 경우 물 표면 아래에서 기포가 생기려면 어떤 조건이 필요한지 알아봅시다. 먼저 기포 안의 압력이 1기압보다 작은 경우 기포가 생길 수 있는지 살펴봅시다. 이 경우 기포 바깥의 압력이 안쪽의 압력보다 크므로 기포가 표면 위로 떠오르기도 전에 사라지고 맙니다.
기포 안의 압력이 기포 바깥 쪽의 압력과 같을 때엔 기포가 사라지지 않고 무사히 표면으로 떠 올라 대기 중으로 기체 분자들이 나올 수 있습니다.
즉, 대기압보다 안쪽 압력이 크거나 같은 기포가 생성되어야 끓습니다. 대기압이 1기압일 때 물을 가열하면. 섭씨 100도가 되어야 대기압보다 큰 안쪽 압력을 갖는 기포가 만들어집니다. 이 온도를 끓는점이라고 합니다. 녹는점과 마찬가지로 물질마다 각기 다른 끓는점을 가집니다. 메니큐어 지울 때 쓰는 아세톤, 술의 성분인 에탄올, 식초의 신맛을 내는 초산의 1기압에서의 끓는점이 아래에 표에 있습니다.
그런데 왜 물질마다 다른 끓는점을 갖는 걸까요? 그것은 액체 상태에서 기체 상태로 되기 위해 필요한 열의 양이 물질마다 다르기 때문입니다. 이 열은 분자 간의 끌어당기는 힘을 이기기 위해 필요한 에너지이지요. 따라서 분자들끼리 약하게 잡아당기고 있으면 조금만 열을 가해도 쉽게 기체가 됩니다. 그 결과 대기압 크기의 안쪽 압력을 갖는 기포가 쉽과낮은 온도에서도 만들어 지지요. 따라서 낮은 끓는점을 갖습니다. 반대로 분자들끼리 잡아당기는 힘이 크면? 많은 열을 가해야만 대기압 크기의 안쪽 압력을 갖는 기포가 만들어집니다. 따라서 끓는점이 높습니다.
B. 대기압과 끓는점 끓는점은 액체의 내부에서 대기압과 같은 안쪽 압력을 갖는 기포를 형성하는 온도입니다. 따라서 대기압이 달라지면 끓는점도 당연히 달라지겠지요. 예를 들어, 대기압이 우리가 보통 살아가는 1기압보다 높아져 2기압이 되었다고 합시다. 2기압 하에서 끓으려면 액체 에서 안쪽 기압이 2기압이 되는 기포가 형성되어야 겠지요. 이렇게 높은 안쪽 압력을 갖는 기포가 생기려면 더 많은 열이 공급되어야 하고, 따라서 끓는점이 높아집니다. 반대로 대기압이 낮아지면 끓는점이 낮아집니다. 물을 상온(섭씨 25도 정도)에서도 끓일 수 있답니다. 압력을 충분히 낮추어주면 대기압과 같은 안쪽 압력을 갖는 기포가 상온에서도 생긴답니다. 압력을 충분히 낮추어 주면 열을 가하지 않아도 끓일 수 있습니다.
낮은 온도에서 물을 끓이는 실험을 해보고 싶다면 아래 링크를 참조하세요.
산에서 밥을 하면 설익는 이유와 압력밥솥에서는 밥이 금방 되는 이유를 아래를 눌러 알아보세요.
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