상 전환: 기화 및 응축

액체에서 분자의 열적 이동이 분자를 붙잡고 있는 분자간 힘을 극복할 때 분자들은 자유로워지고 기체 상태로 들어갑니다. 액체에서 기체로의 이러한 전이를 기화라고 하며 끓지 않는 상태와 끓는 상태의 두 가지 조건에서 발생할 수 있습니다. 끓지 않는 조건 하에서 기화는 표면에서 액체의 끓는점 아래에서만 발생합니다.

이것을 표면 증발이라고 하며 대량 액체에서 증기 거품이 형성되지 않고 발생합니다. 반대로 액체의 끓는점에서 기화가 발생하면 다량의 액체에 증기 거품이 생기며 그 과정을 끓음이라고 합니다. 끓음은 표면에서 나타나는 현상이 아니며 액체 내부의 모든 위치에서 발생합니다.

기화는 온도에 따라 달라지는 흡열성 과정입니다. 즉 열이 더 많이 가해질수록 기화율이 더 높습니다. 일 몰의 액체를 기화하는 데 필요한 에너지의 양은 기화의 몰 열 또는 기화의 몰 엔탈피라고 불립니다.

기화는 흡열 과정이기 때문에 엔탈피 값은 항상 양수입니다. 분자간 힘은 기화의 몰 엔탈피에 영향을 미칩니다. 예를 들어 물 분자들 사이의 수소 결합이 강하게 연결되어 있기 때문에 일 몰의 물은 수증기로 변하기 위해 약 40.65 킬로줄 정도의 상당한 양의 열에너지를 필요로 합니다.

그에 비해 아세톤 분자 사이의 약한 쌍극자-쌍극자 힘은 열에너지의 몰 당 31.3 킬로줄의 열 에너지가 있어야 극복될 수 있습니다. 기화의 가역 과정 즉 기체에서 액체로의 전이는 응축이라고 불립니다. 기체 분자가 냉각된 액체나 고체 표면과 충돌하면 열을 잃게 됩니다.

다중 충돌에 의해 상당한 열 손실이 초래되며 결과적으로 분자는 응축됩니다. 그러므로 응축은 발열 과정입니다. 응축의 엔탈피는 음수이지만 그 크기는 기화 시의 엔탈피와 같습니다.

서로 반대되는 전이 즉 기화와 응축이 닫힌계에서 발생하면 계는 증기 액체 평형이라고 불리는 동적인 평형 상태에 도달합니다