끓는점 오름






왜 소금물이나 설탕물이 더 높은 온도에서 끓는가?
설탕 같은 비휘발성 용질이 물에 녹게 되면, 설탕은 물분자가 수증기 분자가 되어 날아가는 것을 방해한다. 따라서 설탕물과 같은 용액은 순수한 물인 용매보다 증기압력이 낮게 되는 것이다. 따라서 많이 증발하지 못하는 설탕물에 보다 잘 증발하는 순수한 물의 수증기 분자가 도달하여 다시 물이 됨으로써, 설탕물의 수위가 높아진다.

자, 그럼 이제 설탕물이 왜 끓는점이 높은가 하는 수수께끼를 풀어 보자. 위의 설명에서 말했듯이 설탕 같은 용질이 녹은 용액의 경우, 순수한 용매보다 증기압력이 낮다. 이는 온도를 높여도 마찬가지이다. 따라서 순수한 물보다 용액이 대기압과 같은 증기압력에 도달하기 어렵다. 그 이유는 용질 분자가 용매 분자(물분자)를 잡아당기고 있기 때문이고 증발할 수 있는 표면의 면적이 줄어들기 때문이다. 그러므로 용액이 대기압과 같은 수증기압에 도달하려면 온도가 더 높아질 수밖에 없는 것이다. 바로 이런 이유로 설탕물의 끓는점이 순수한 물보다 커지게 되는 것이다.

[심화학습]

용액을 끓일 때 물분자들은 비커의 벽면에 충돌하여 방향을 바꾸면서 자유롭게 운동하게 된다. 이 때 분자가 비커의 벽면을 때리면서 나타내는 힘을 증기압력이라고 한다. 그런데 이 증기압력은 온도와 어떤 관계가 있을까?

용액을 가열하면 할수록 용액에는 에너지가 공급된다. 이 에너지를 가지게 된 분자들은 액체 분자 사이의 인력을 이겨내고 수증기인 기체분자로 변하게 되고. 이로 인해 증기압력은 커지게 되는 것이다. 더 많이 가열할수록 즉, 용액의 온도가 높아질수록 증기압력은 증가하게 된다.

그러면 온도가 올라가서 용액이 끓는 순간은 언제일까? 증기압력이 증가해서 대기압과 같아질 때, 우리는 그 액체가 ‘끓는다’라고 말하고, 그때의 온도를 끓는점이라고 한다. 그리고 설탕물에서 설탕과 같이 녹는 물질을 용질이라 하고, 물과 같이 용질을 녹이는 물질을 용매라 한다. 이때, 설탕물을 용액이라고 한다.