증발, 끓음, 기화

증발

요약 액체의 표면에서 일어나는 기화현상. 본문 ↑ 액체의 증발 모형 / 액체 표면의 분자 중에서 가장 에너지가 높은 입자들이 분자간의 결합을 끊고 기체상으로 튀어나와 기화되는 것을 증발이라고 한다. 또한,액체 내부로 부터 기포가 발생하면서 생기는 기화 현상인 '끓음'은 끓는점에서 일어나기 시작하지만 증발은 끓는점보다 낮은 온도에서도 일어난다. 이때 증발되고 남은 액체는 증발열의 방출로 열을 빼앗겨 평균 운동 에너지가 낮아져 온도가 내려갔기 때문에 외부에서 그 만큼의 열량을 보충해야만 증발이 계속 일어날 수 있다. 증발이 일어날 때 주변이 시원해지는 것은 이러한 열의 흡수가 일어나기 때문이며 이때 관여하는 숨은열을 증발열이라 한다. 그리고,고체가 기체로 변화하는 상태 변화를 기화의 한 형태인 증발로 보기도 하지만 정확히는 승화라고 한다. 포화증기압 액체가 담긴 용기가 폐쇄공간에 있을 때는 갇힌 기체 분자수가 늘어날수록 액체 표면과 충돌해서 액체 상태로 되돌아가는 확률이 점점 높아지고 따라서 증발과 액화가 같은 속도로 일어나는 일정한 평형상태에 도달하게 된다. 이 평형 상태에서의 증기 압력을 포화증기압 또는 증기압(vapor pressure) 이라 하며 이것은 액체가 증발되는 정도를 나타낸다. 증기압이 크고 잘 증발되는 물질을 일반적으로 휘발성 물질이라 하며 증기압은 온도가 높을수록 높아진다. 20℃ 에서 휘발성이 약한 물의 포화증기압은 18mmHg이지만 휘발성이 큰 다이에틸 에테르와 같은 물질은 442mmHg의 증기압을 나타내 큰 차이를 보인다.         증발열   요약 어떤 물질이 기화할 때 외부로부터 흡수하는 열량이다. 이 열이 클수록 주변에서 더 많은 열을 빼앗으므로 주위의 온도를 낮추게 된다. 이는 냉각현상에 응용된다. 증발열의 크기는 일정한 온도에서의 단위질량당 또는 1㏖당 열량으로 표시한다. 본문 기화열 또는 증발잠열(蒸發潛熱)이라고도 한다. 액체가 기화하여 기체로 될 때 흡수하는 열을 말하며, 증발열이 큰 물질일수록 주변의 열을 많이 흡수한다. 모든 액체가 기체로 될 때에는 증발열이 필요한데, 증발온도(비등점)가 주위온도 보다 낮을 때에는 주위로부터 열을 흡수하여 주위가 시원하게 된다. 보통 증발열은 일정한 온도에서의 단위질량당 또는 1㏖당 열량으로 표시한다. 증발열은 액체의 분자 사이의 힘을 제거하여 분자를 따로따로 이산시키기 위해 사용하는 에너지이다. 따라서 온도를 상승시키는 효과가 없는 숨은열의 일종이며, 온도에 따라 약간 변한다. 반대로 어떤 기체가 같은 온도의 액체로 변할 때는 증발열과 똑같은 양의 열을 방출한다. 이것이 응축열이다. 건물 옥상의 물을 뿌리는 스프링클러 시스템은 물증발에 따른 열흡수를 이용하는 냉각방식이다. 또한 냉동기는 암모니아나 프레온 등과 같이 증발하기 쉬운 액체를 증발시켜 그 증발열로서 물건을 차갑게 하는 것이다. 여름에 물을 뿌리면 시원함을 느끼는 것은 물이 증발할때 주위공기로 부터 증발열을 빼앗아가기 때문에 공기가 냉각되기 때문이다.       끓음   요약 액체가 표면과 내부로부터 모두 기포가 발생하면서 기체로 변하는 현상이다. 즉,액체의 표면과 내부에서 기화가 일어나는 현상을 말한다. 본문 끓음과 압력 액체상태가 기체상태로 변하여 가는 것이 기화이며 끓음과 증발은 모두 기화현상의 한 예가 된다. 이때 끓음은 액체 내부로부터 기화가 일어나고 있는 상태이며 증발은 액체표면에서 기화가 일어나고 있음을 의미한다. 끓음은 비등(沸騰)이라고도 하며 일정한 압력 아래에서 액체의 내부로부터 기화가 일어나는 온도를 끓는점(boiling point)이라 하는데 압력이 커질수록 끓는점이 높아진다. 높은 산에 올라 밥을 지을 경우 제대로 쌀이 익지 않게 되는데 이는 산 위로 올라갈수록 대기압이 낮아져 산의 아래쪽보다 압력이 낮기 때문에 물의 끓는점이 낮아졌기 때문이다.그러므로 뚜껑에 무거운 돌을 올려 놓으면 압력이 높아져 물의 끓는점이 높아지고 쌀이 빨리 익게 된다. 끓음과 돌비현상 대기압인 1기압상태에서 액체상태의 물은 100℃가 되면 끓기 시작하고 이내 기체상태인 수증기가 되며 끓고 있는 물은 100℃에서 더이상 온도가 올라가지 않는다. 그러나 간혹 물이 100℃가 되었는데도 끓지 않고 계속 온도가 올라가다가 어떠한 작은 이물질에 의해 폭발적으로 끓어올라 넘치는 경우가 있다. 이를 돌비현상이라 하는데 이러한 경우 비등석(끊임쪽)과 같은 구멍이 많이 뚫려 있는 돌조각이나 화분 조각을 넣어 줌으로써 방지할 수 있다.   기화   요약 액체가 열에너지를 흡수하여 기체로 변하는 현상. 본문 ↑ 액체의 증발 모형 / 기화와 열의 흡수 고체,액체,기체로 진행됨에 따라 분자의 운동은 더욱 활발해진다.이러한 활발한 운동은 보통 열에너지의 흡수 때문이며 특히 액체에서 기체로 변화가 일어날때 주위로 부터 흡수한 열을 기화열 또는 증발열이라 한다.예를 들어 100℃의 물(액체) 1kg을 100℃의 수증기(기체)로 만드는 데 필요한 기화열은 539kcal 이다. 증발과 끓음 빨래가 마르는 것과 같이 액체가 표면에서 기체로 변하는 현상을 증발이라 하고 액체의 표면 뿐만 아니라 내부에서도 기체로 변하는 현상이 일어나는 것을 끓음이라한다.증발과 끓음은 모두 기화현상이며 주위로부터 열을 빼앗는다.여름에 마당에 뿌려 놓은 물이 증발되면서 주위가 시원해 짐을 느끼는 것도 이 때문이다.