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물은 1백℃에서 수증기로 변한다고 하는데 100℃가 되지 않는데 증발의 과정을 거쳐 수증기가 됩니다. 왜 그럴까요? 목록

물이 1백℃가 안돼도 증발해서 날아가는 이유는 물이 끓일 때 전체 온도가 일률적으로 1백℃가 되는 것이 아
니기 때문입니다.

즉 한컵의 물에 담긴 전체 열에너지가 개개의 물분자에 골고루 똑같이 분배돼 있는 것이 아니라 어떤 분자
는 1백50℃에 해당하는 에너지를 가질 수 있고 어떤 분자는 50℃에 해당하는 에너지를 가질 수 있는 것입니
다.

여기서 핵심은 물분자 하나 하나의 운동 에너지가 똑같지 않다는 점입니다. 그래서 평균보다 조금 더 높은
에너지를 가진 물분자는 분자사이의 인력을 이기고 튀어나가는 것입니다.

보충설명입니다. 질문내용에서 압력이 1기압일 경우에만 적용된다는 조건을 빠뜨렸군요. 또 흔히 기화를 액
체 표면에서 일어나는 현상으로 이해하고 있지만, 질문에서 언급된 '1백℃에서 끓는다'는 말은 액체 내부에
서도 기화가 발생하는 것을 말합니다. 따라서 '물이 1백℃에서 기화한다'는 말을 '물은 1기압 하에서 온도가
1백℃일 때 내부에서도 기화가 일어난다'로 바꾸는 것이 정확하다고 생각합니다.

물이 끓는 현상을 '압력'의 관점에서 설명할 수 있습니다. 일반적으로 액체의 표면에서는 끊임없이 기체가
증발합니다.

그러나 뚜껑을 덮은 밀폐된 병에서는 증발이 어느 선에서 멈추고 용액이 더 이상 줄어들지 않습니다. 이 상
태를 가리켜, 증발하는 기체 분자수와 액체 속으로 다시 들어오는 기체 분자수가 같아진 평형상태라고 말합
니다.

이 때의 기체를 액체의 포화증기, 그리고 이때의 기체 압력을 포화증기압이라고 합니다.

개방된 병에 담긴 물의 경우 병뚜껑에 해당하는 것은 공기의 압력(대기압)입니다. 상온에서 그릇에 담긴 물
이 줄어들지 않는 것은 물의 상태가 포화수증기 단계에 놓여 있기 때문입니다. 그러나 물을 끓이면 열에너지
를 흡수한 기체 물분자들의 증발 압력이 대기압을 넘게 됩니다. 첫 번째 대답에서 언급된 것처럼 1백℃보다
낮은 온도에서도 높은 증발압력을 가진 물분자들이 존재합니다. 이것이 끓는점보다 낮은 온도에서 기화되
는 이유입니다.


출처: 수업전 들려주는 선생님의 과학이야기


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