증발

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뜨거운 차 위에서 수증기가 식어 응축하면서 생긴 작은 물방울. 수증기 자체는 보이지 않는 기체이다.

증발(蒸發, 영어: evaporation)은 액체 표면에서 일부 분자가 기체로 바뀌어 빠져나가는 기화 현상이다. 액체 내부에서 기포가 생기며 일어나는 끓음과 달리, 증발은 액체가 끓는점보다 낮은 온도에서도 표면에서 일어난다. 표면 부근의 분자 가운데 다른 분자와의 인력을 이겨 낼 만큼 큰 운동 에너지를 가진 분자가 기체 상태로 옮겨간다.

원리

액체 분자는 끊임없이 운동하며 서로 충돌하여 에너지를 주고받는다. 표면 가까이에 있으면서 충분한 운동 에너지를 얻은 분자는 액체 속으로 되돌아가지 않고 주변 기체로 나갈 수 있다. 빠르게 움직이는 분자가 먼저 빠져나가면 남아 있는 액체 분자의 평균 운동 에너지가 낮아져 액체의 온도가 내려갈 수 있는데, 이를 증발 냉각이라고 한다. 땀이 증발할 때 피부가 식는 현상도 이에 해당한다.

닫힌 용기에서는 증발한 분자가 액체 표면으로 되돌아와 응축하기도 한다. 증발과 응축의 속도가 같아지면 액체와 증기는 동적 평형을 이루며, 이때 증기는 포화 상태가 된다. 순수한 물질에서는 이 평형 상태가 증기압과 관계한다. 액체의 증기압이 주변 압력과 같아지면 액체 내부에서도 기포가 안정하게 자랄 수 있어 끓음이 일어난다.

증발 속도

증발 속도는 액체의 온도, 표면적, 주변 기체의 압력과 조성, 공기의 흐름, 액체에 녹아 있는 물질 및 분자 사이의 인력에 따라 달라진다. 일반적으로 온도가 높을수록 표면 분자의 운동 에너지가 커져 증발이 빨라진다. 표면적이 넓으면 기체로 빠져나갈 수 있는 표면 분자의 수가 많아지고, 바람이 불면 액체 표면 가까이에 쌓인 증기를 멀리 옮겨 농도 차이를 유지하므로 증발이 촉진된다.

주변 공기 중 수증기의 양도 중요하다. 습도가 높아 공기가 수증기에 가까이 포화되어 있으면 물의 증발은 느려진다. 반대로 건조한 공기에서는 수증기가 확산할 여지가 커 증발이 빨라진다. 비휘발성 용질은 액체의 증기압을 낮추어 증발에 영향을 줄 수 있으며, 분자 사이의 인력이 강한 액체일수록 분자가 액체를 떠나는 데 더 많은 에너지가 필요하다.

열역학

증발은 액체가 주변에서 에너지를 흡수하는 흡열 과정이다. 액체 분자가 기체가 되려면 분자 사이의 인력을 이겨 내야 하며, 이때 필요한 에너지를 기화 잠열이라고 한다. 증발로 에너지가 큰 분자가 빠져나가면 남은 액체의 평균 운동 에너지가 줄어들어 냉각이 일어난다. 온도·압력·습도·표면적의 변화는 증발에 필요한 에너지의 공급과 증기가 확산하는 속도에 함께 영향을 준다.

물의 순환과 이용

증발은 물의 순환의 중요한 과정이다. 태양 에너지는 바다·호수·하천·토양의 물을 증발시키고, 생물의 증산과 함께 대기 중 수증기를 공급한다. 수문학에서는 증발과 증산을 합쳐 증발산이라고 한다. 수증기는 냉각되어 구름을 이루고, 강수로 다시 지표와 해양에 돌아온다.

증발 냉각은 냉각 장치, 건조, 식품 보존과 일상생활에서 이용된다. 젖은 물체가 마르는 과정, 소금물에서 소금을 얻기 위한 증발지, 냉각탑에서 물이 열을 빼앗기며 일부 증발하는 과정이 사례이다. 다만 증발 속도는 기온·습도·바람 등 환경 조건에 크게 좌우된다.

공학에서는 액체를 증발시켜 용질을 농축하거나, 증기를 응축시켜 용매를 회수하기도 한다. 진공을 이용해 압력을 낮추면 비교적 낮은 온도에서도 증발을 촉진할 수 있어 열에 민감한 물질의 농축·건조에 이용된다. 대기 중 증발량을 측정하는 일은 수문학과 농업, 기상 관측에서 물 수지를 평가하는 데 중요하다.

그 외의 용법

사람이 갑자기 행방불명이 되는 일을 비유하여 증발이라고 부르기도 한다.

같이 보기

• 기화
• 끓음
• 응축
• 증발산
• 잠열

외부 링크

• 물의 증발

각주

		반응 후
		고체	액체	기체	플라스마
반응 전	고체	고체-고체 변화	용융	승화	—
	액체	응고	—	기화	—
	기체	증착	응축	—	전리
	플라스마	—	—	재결합 / 탈전리	—