증발의 개념과 과정 그리고 이용방법

증발

액체나 고체가 기체로 바뀌는 현상을 말합니다. 증발은 열의 형태를 한 에너지 때문에 일어납니다. 햇빛을 받아 젖은 옷이 마른다거나 뚜껑이 열린 냄비의 물이 따뜻한 방 안에서 모두 말라버리는 것은 증발의 예입니다. 어떤 조건 아래에서 고체가 바로 기체로 변하는 과정을 승화라고 하며, 드리아아이스의 증발이 승화의 한 예입니다.

 

 

증발의 과정

모든 물질의 분자에는 어느 정도의 운동에너지가 있습니다. 이 운동에너지는 부근에 있는 다른 분자를 포함한 주위 환경에서 열을 받아 생깁니다. 분자가 갖는 에너지가 클수록 분자는 빠르게 움직이고, 따라서 다른 분자와 연결되어 있는 결합을 끊을 수 있습니다. 한 물질의 분자가 그 물질의 표면에서 증기가 되어 떨어져 나갈 수 있을 정도로 운동에너지를 충분히 갖질 때 증발이 일어납니다. 표면에서 떨어져 나가는 분자는 물질 속에 남아 있는 분자에서 열에너지를 흡수하기 때문에 그 물질은 더 차가워집니다. 증발은 온도가 높아질수록 더욱 빠르게 일어나는데, 온도가 높아지면 분자의 에너지가 증가해 분자가 더 빠른 속도로 표면에서 떨어져 나갈 수 있기 때문입니다. 일정한 온도에서 증발 속도는 물질의 종류에 따라 다릅니다. 예를 들어 뚜껑이 열려 있는 용기에 알코올, 암모니아, 마취용 다이에틸 에테르를 부으면 실온에서 빠르게 증발합니다. 이와 같이 증발이 빠르게 일어나는 물질은 휘발성이 있다고 합니다. 반면에 소금(염화나트륨)과 같이 실온에서 매우 느리게 증발하는 물질은 비휘발성이 있다고 합니다. 비휘발성인 물질도 가열하여 적당한 온도에 이르면 휘발성이 됩니다. 끓는점은 물질의 휘발성을 나타내는 척도가 되는데, 끓는점이 낮을수록 휘발성이 큽니다. 즉 쉽게 증발합니다. 증기압력은 액체나 고체의 표면에서 증발한 증기 분자가 나타내는 압력으로서, 끓는점과 마찬가지로 어떤 물질이 얼마나 잘 증발하는지를 결정하는 척도입니다. 증기압력이 클수록 물질은 빨리 증발합니다. 액체가 열을 받으면, 점점 더 많은 분자가 표면에서 증발하므로 평형에 이를 때까지 증기압력은 계속 커집니다. 여기서 평형이란 액체에서 증발하는 분자의 수와 액체로 되돌아오는 분자의 수가 똑같은 상태인데, 평형상태에서 액체의 양은 변하지 않습니다. 예를 들어 습한 공기 중에서 물은 천천히 증발하거나 거의 증발하지 않는데, 그 이유는 물의 표면에서 증발이 일어나는 속도가 공기 중에  있는 증기가 다시 응축(증기의 일부가 액체 화하는 현상)하는 속도와 비슷하기 때문입니다. 반대로 건조한 공기에서는 빠르게 증발하는데, 그 이유는 건조한 공기가 물의 최대 증기압력에 도달하려면 더 많은 수분이 필요하기 때문입니다.

 

이용

증발은 지구에서 일어나는 물의 순환에서 중요한 일을 합니다. 태양열로 지상에서 증발한 물은 나중에 비나 눈이 되어 다시 지상으로 떨어집니다. 증발하는 분자는 주위에서 열을 흡수하기 때문에, 증발을 냉각 과정에 이용할 수 있습니다. 에어컨과 냉장고는 주변 공기에서 열과 수분을 빼앗아 주위 온도를 낮추는 증발기를 갖추고 있습니다. 땀이 증발하면 시원한 것도 피부가 냉각되어 체온을 조절하기 때문입니다. 증발을 이용하면 혼합물을 쉽게 분리할 수 있습니다. 증류 과정에서는 휘발성이 서로 다른 액체의 혼합물을 가열해 증기로 만들고, 이때 나온 증기를 다시 냉각시켜 액체로 만듭니다. 증류 과정을 거쳐 얻은 액체에는 원래의 혼합물보다 휘발성이 큰 물질이 더 많이 들어 있습니다. 알코올음료와 가솔린은 증류 과정을 거쳐 만들어진 제품입니다. 증발은 비휘발성 물질의 농축에도 이용합니다. 예를 들어 사탕수수즙을 액체가 거의 모두 증발할 때까지 가열하면 농축된 설탕 용액을 얻을 수 있습니다. 이 농축된 설탕 용액에서 설탕결정을 얻습니다.