열으로부터의 에너지가 물 분자 사이의 수소 결합을 깨뜨릴만큼 충분히 큰 물이 끓습니다. 끓는 물에서 방출되는 가스는 산소와 이산화탄소로 구성됩니다.
물을 끓인 적이 있다면 물이 가열되면 바닥에서 상단으로 올라가는 매우 작은 거품이 형성된다는 것을 알게 될 것입니다. 처음에는 거품이 거의없고 멀리 떨어져 있지만 물이 뜨거워지면 더 큰 크기의 거품이 형성되기 시작합니다. 열을 증가 시키면 더 큰 기포가 더 큰 기포를냅니다. 이 에스컬레이션은 물이 끓기 시작하면 최고점에 도달합니다.
그러나 끓는 물이 거품을 만드는 이유는 무엇입니까?
그것에 대한 대답은 물 자체의 화학과 관련이 있습니다. 보다 구체적으로, 그것은 물의 모든 용해 된 물질과 물 분자 사이의 결합의 특성과 관련이 있습니다.
물 분자의 예
산소 원자는 원자가 (가장 바깥 쪽) 쉘에 6 개의 전자를 가지고 있습니다. 가장 가까운 고귀한 가스 인 네온은 원자가 껍질에 8 개의 전자가 있습니다. 따라서 O는 2 개의 전자를 얻고 안정적인 전자 구성을 얻는 경향이 강합니다 (가장 낮은 에너지 상태에 입력). 수소는 원자가 껍질에 하나의 전자를 가지고 있으며, 가장 가까운 고귀한 가스 인 헬륨은 원자가 쉘에 2 개의 전자가 있습니다. 따라서 H는 안정적인 전자 구성을 얻기 위해 하나의 전자를 얻는 경향이 있습니다.
두 H 원자는 각각 O와 각각 전자를 공유하는 반면, O는 각 H에 대해 하나의 전자를 공유합니다. 이것은 공유 결합입니다. 산소는 전기 음성이라는 속성으로 인해 공유 전자를 자체로 끌어들이는 경향이 있습니다. 따라서, 전자는 H 원자보다 O 원자 근처에서 더 많은 시간을 소비하여 O에 대한 부분 음전하와 h에 대한 부분 양전하를 초래한다.
.물 분자의 형상은 전하가 취소되지 않으며 전하 센터의 분리 (편광)가 있습니다. 약간의 편광을 갖는 두 물 분자가 서로 접근 할 때, 한 분자의 부분적으로 부정적인 O는 다른 분자 간 결합을 형성하기 위해 다른 분자의 부분적으로 양성 H를 끌어냅니다. 이것을 수소 결합이라고하며 물 분자를 함께 유지하는 힘입니다.
수소 결합이 시각화되었습니다.
수소 결합이 약하기 때문에 물은 실온에서 액체로 유지되고 온도가 상승함에 따라 분자는 분자간 수소 결합을 극복하기 위해 더 많은 에너지를 얻습니다. 100oC에서, 에너지는 분자가 자유롭게되기에 충분합니다.
물에 용해 된 물질
다른 물질에서 한 물질의 용해는 두 물질의 분자 사이에 상호 작용이있을 때만 가능합니다. 마찬가지로, 일부 가스, 예를 들어, O2, CO2, N2, NH3 및 SO2는 물 분자와 가스 분자 사이에 매력적인 상호 작용이 존재하기 때문에 물에 용해됩니다.
가스가 물에 용해 될 수있는 두 가지 방법이 있습니다 :반 데르 발스 본딩 및 수소 결합.
NH3 또는 CO2와 같은 이종 핵 분자 (즉, 다른 원소로부터의 원자를 갖는)는 원자 사이에 전기 음성 차이를 갖는다. N 및 O는 각각 H 및 C보다 전기 음성이 더 큽니다. 따라서, N과 O는 부분적으로 부정적으로 유지되고 H 및 C는 부분적으로 양성이된다. 이것은 NH3 및 CO2 분자의 부분 편광으로 이어집니다.
음의 끝 (N 및 O)은 부분적으로 양의 물의 물에 끌린다; 한편, 양의 목적 (H 및 C)은 부분적으로 부정적인 물에 끌린다. 이것은 수소 결합입니다. 기체 분자의 편광이 클수록 물에 용해된다.
O2 및 N2와 같은 동맥 핵 분자 (즉, 동일한 원소의 원자를 갖는)는 비극성이며 물에서 드물게 가용성 (매우 낮은 용해도)입니다. 약한 반 데르 발스 (Van der Waals)는이 가스를 물 분자로 유지합니다. 이들은 쌍극자 쌍극자 상호 작용보다 훨씬 약합니다.
약한 반 데르 발스 힘은 원자 주위의 전하 전자 분포의 변화로 인해 발생하여 일시적으로 유도 된 편광을 초래합니다. (사진 크레딧 :Magnetix/Shutterstock)
온도가 증가함에 따라 물에서 가스의 용해도가 감소합니다.
가스 분자는 물에서 버블 링. (사진 크레딧 :Egoreichenkov Evgenii/Shutterstock)이 버블 링은 물의 끓는점에 도달 할 때까지 계속됩니다. 물의 가열은 완전히 균일하지 않으므로 온도가 높고 낮은 영역이 있음을 의미합니다. 90oC 이상의 온도에서, 바닥 근처의 일부 수 분자는 증기 상으로 전이하기에 충분한 에너지를 얻습니다. 기체 물의 영역이 형성되며, 이는 바닥에서 솟아 오르는 거대한 거품으로 표시됩니다. 또한, 분자의 활발한 운동으로 인해 대류 가열은 온도를 더욱 증가시킵니다. 100oC에서, 거의 모든 물 분자는 증기 상으로 전이하기에 충분한 운동 에너지를 가지고 있으며, 수증기의 기포가 빠르게 상승하기 시작할 것입니다!
