중2 과학 6단원 물질의 특성 - 끓는점
6단원에 대한 내용 중 물질의 분류, 물질의 특성 중 겉보기성질, 밀도에 대해서 알아봤습니다. 최대한 쉽게 설명하고 있는데 많은 도움이 되었으면 합니다.
물질의 특성 세번째는 끓는점입니다. 끓는점이란 액체인 물질이 기체가 될 때 온도를 말합니다. 물의 끓는점은 100℃라고 하죠. 이 말은 액체인 물이 100℃가 되면 기체상태인 수증기가 된다는 말이죠^^ 그럼 끓는점에 대해서 자세하게 볼까요?
끓는점
끓는점은 액체상태인 물질에 열을 가했을 때 온도가 점점 올라가다가 온도가 일정해지는 온도를 끓는점이라고 합니다. 물질마다 끓는점은 다릅니다. 왜 다를까요? 액체상태인 물질에 열을 가하면 물질을 이루고 있는 입자들 간의 간격이 끊어지면서 기체가 됩니다. 예를 들면 물분자는 H2O이죠. H2O분자 하나가 물이 되지는 않고 수많은 H2O분자들이 붙어 있어요.
그림에서 H2O 분자 여러개가 모여서 물 분자 하나를 만듭니다. 점선은 분자들 간의 잡아당기는 힘 (분자 간의 인력)입니다. 물에 열을 가하면 분자들이 서로 잡아당기는 힘을 열이 끊어서 H2O분자들이 혼자가 될 수 있겠죠? 그럼 수증기가 되는 것이죠. 여기서 분자 간의 인력은 물질마다 다르기 때문에 끓는점이 물질마다 다른 이유입니다.
여러 물질의 끓는점
| 물질 | 끓는점(℃) | 물질 | 끓는점(℃) |
| 철 | 2861 | 아세트산 | 117.9 |
| 구리 | 2562 | 물 | 100.0 |
| 염화나트륨 | 1465 | 에탄올 | 78.3 |
| 수은 | 356.6 | 산소 | -183.0 |
끓는점이 높다는 것은 물질을 이루고 있는 입자들간의 인력이 크다고 보시면 됩니다. (입자 말고 분자로 사용해도 되지만, 모든 물질을 분자로 표시할 수 없기 때문에 입자로 사용하는 것이 더 좋습니다.)
물질의 양과 끓는점
같은 물질이라면 양에 상관없이 끓는점은 동일합니다. 다만, 끓는점에 도달하는 시간이 다를뿐이죠.
예를 들면 물 10g과 100g에 같은 열에너지(열량이라고도함)을 주면 누가 먼저 끓게 될까요? 당연히 10g이 먼저 끓게 되겠죠? 근데, 먼저 끓는다는 것은 끓는점에 먼저 도달한다는 것이지 끓는점이 변하다는 것은 아닙니다. 따라서, 양이 적을수록 끓는점에 도달하는 시간이 빨라지다는 것이지 끓는점이 달라지지는 않는다. 두 번째 같은 양에 하나는 강한 열에너지를 하나는 약한 열에너지를 주면 어떻게 될까요? 강한 열에너지를 받는 물이 먼저 끓게 되죠. 마찬가지 먼저라는 의미는 시간이 단축된다는 것이지 끓는점이 달라진다는 것은 아니라는 것. 잊지 마세요^^
A~D 4개 액체 물질에 같은 열에너지를 줬다고 하면 B와 C는 끓는점이 같으므로 같은 물질이라는 것을 알 수 있고, 온도가 일정한 부분에 B가 C보다 먼저 도달하므로 B의 양이 C의 양보다 적다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 A와 B, D의 끓는점을 비교하면 A가 가장 크고, D가 가장 작죠. 입자들 간의 인력은 A가 가장 크고, D가 가장 작다는 것도 알 수 있습니다.
압력과 끓는점의 관계
위쪽에 여러가지 물질의 끓는점이 있죠. 이때 압력은 1 기압(대기압)입니다. 끓는점을 표시할 때는 압력도 같이 표시하지만, 압력표시가 없는 끓는점은 1 기압(대기압) 일 때 끓는점입니다.
압력과 끓는점은 어떤 관계일까? 압력이 높으면 끓는점도 높습니다. 왜 압력이 높으면 끓는점도 높아질까요? 끓음이란 액체 상태가 기체 상태로 기화가 일어나는 것을 말하죠. 액체 상태와 기체 상태일 때 입자들 간의 간격은 어떤가요? 다르죠? 맨 위쪽에 물과 수증기의 분자 구조를 모식적으로 나타냈습니다.
끓음이 일어나려면 물질을 이루고 입자들이 서로의 인력을 끊어야만 기체가 되는데, 압력은 밖에서 누르는 힘이잖아요. 압력이 크면 입자들간의 간격은 좁아지므로 1 기압일 때 열에너지보다 더 큰 열에너지로 이겨낼 수 있답니다. 이해가 되시나요? 고등학교에서 어려운 용어를 사용하면서 설명하겠지만, 우리는 중학생이잖아요. 어려운 용어 없이 설명했습니다.
따라서 압력이 크면 끓는점은 높아지고, 반대로 압력이 낮으면 끓는점도 낮아지게 됩니다. 이런 원리 가정에서 사용하는 압력솥이 내부압력을 크게 하여 물의 끓는점을 높이는 것입니다. 반대로 산에 올라가면 끓는점은 낮아지겠죠?
위 그림은 찬물로 물을 끓이는 실험입니다. 찬물로 물을 끓이다니 이해가 되시나요? 이해가 안되는 분도 있겠지만, 이것도 압력과 관련이 있습니다. 우선, 둥근 플라스크에 물을 넣고 끓여줍니다. 그런 다음 둥근 플라스크에 뚜껑을 덮고, 거꾸로 세운 다음 둥근 플라스크에 찬물을 부어주면 둥근 플라스크 안에 물이 끓게 됩니다.
이유는 둥근 플라스크에 있는 물은 한번 끓인 물입니다. 그런데, 찬물을 부어버리면 둥근 플라스크 안의 압력이 낮아지게 되고, 그럼 물의 끓는점도 낮아지게 되죠. 그래서 물이 끓게 되는 것입니다.
또 깊은 바다속에 화산이 폭발해도 물이 안 끓는 이유는 압력이 높기 때문이죠.
끓는점을 마치면서
이번 포스팅은 물질의 특성 두 번째 끓는점에 대해서 알아봤습니다. 꼼꼼하게 읽어보시기를 부탁드립니다. 궁금한 내용 있으면 댓글 주시면 제가 아는 선에 답변해 드리도록 하겠습니다.
다음에는 물질의 특성 중 녹는점에 대해서 알아보도록 하겠습니다.