온도가 높아질수록 설탕이 더 빨리 녹는 이유는?

Question

안녕하세요. 설탕을 물에 넣으면 저어 주지 않아도 시간이 지나면 모두 녹는 것을 볼 수 있고 이는 설탕 분자가 물 분자 사이로 퍼져 들어가기 때문이라고 알고 있습니다. 이때 온도가 높아질수록 설탕이 더 빨리 녹는 이유를 분자 운동과 관련지어 어떻게 이해할 수 있을까요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

온도가 높아질수록 설탕이 더 빨리 녹는 이유는 물 분자의 운동 에너지와 관련이 있습니다. 물이 뜨거워지면 분자들이 더 빠르게 움직이며 설탕 입자 표면과 더 자주, 더 강하게 충돌합니다.

이러한 충돌은 설탕 분자를 물 속으로 끌어내어 확산시키는 데 도움을 주고, 충돌 시 전달되는 에너지가 커져 설탕 분자의 결합을 끊어내는 과정도 쉽게 일어납니다.

또한 물 분자가 활발히 움직일수록 설탕과 수소 결합을 형성하는 과정이 촉진되어 용해가 빨라집니다.

결국 온도가 높아지면 물 분자의 운동이 활발해지고 충돌 빈도와 에너지가 증가하기 때문에 설탕이 더 빠르게 녹는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요.

온도가 높아질수록 설탕이 더 빨리 녹는 이유는 물 분자와 설탕 분자 모두의 열운동이 증가하여, 설탕 결정이 분리되고 확산되는 속도가 동시에 빨라지기 때문입니다. 설탕은 고체 상태에서 수많은 설탕 분자들이 결정 격자 구조를 이루며 강한 분자 간 인력으로 서로 결합해 있는데요 설탕이 물에 녹는다는 것은, 이 결정 표면에서 설탕 분자 하나하나가 물 분자에 둘러싸여 격자에서 떨어져 나오고, 이후 물 전체로 퍼져 나가는 과정을 의미합니다.

이때 온도가 높아진다는 것은 곧 물 분자 하나하나가 더 큰 평균 운동 에너지를 가진다는 뜻인데요, 저온에서는 물 분자들이 비교적 느리게 움직이며 설탕 결정 표면을 두드리는 정도지만 반면 온도가 높아지면 물 분자들은 훨씬 빠르고 강하게 움직이며 설탕 결정 표면과 충돌합니다. 이 강한 충돌은 설탕 분자들이 서로 붙잡고 있던 결합을 끊는 데 필요한 에너지를 더 자주, 더 효율적으로 제공하며 그 결과 설탕 결정 표면에서 분자가 떨어져 나오는 속도가 증가하는 것입니다.

이와 함께 고체 상태의 설탕 분자는 완전히 정지해 있는 것이 아니라, 제자리에서 미세하게 진동하고 있는데요 온도가 높아질수록 이 진동의 진폭이 커지며, 분자 간 결합은 상대적으로 느슨해집니다. 즉, 설탕 결정은 고온일수록 구조적으로 잘 부서지기 쉬운 상태가 되고, 이 상태에서 물 분자가 충돌하면 설탕 분자가 격자에서 이탈할 확률이 훨씬 높아집니다. 감사합니다.