안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
물이라는 액체를 기체로 상태변화시키기 위해서는 100도의 온도가 되어야합니다. 이 의미를 정확하게 이해하셔야합니다. 일단, 고체와 액체, 기체로 구분하는것은 분자들의 배열과 관련이 있습니다. 물을 기준으로 H2O 분자가 6각형 모양으로 규칙적으로 배열하게 되면 고체가 됩니다. 6각형으로 규칙적으로 만들기 위해서는 분자의 운동에너지를 줄여야하죠. 그게 온도를 낮추는 방법입니다. 또한, 물리적으로 온도라는것은 분자, 입자들의 평균 운동에너지라고 정의합니다. 즉, 온도는 운동하는정도이다 라고 생각하시면 이해하기 쉬울것입니다. 다시 돌아와 액체 상태는 6각형 모양의 규칙적인 모양이 깨져 H2O분자들이 어느정도 자유로운 상태입니다. 하지만 전기력으로인해 서로를 끌어 당기고 있고 집단을 이루고 있습니다. 여기서 H2O분자들이 훨씬 더 자유로워지게 되면 기체가 됩니다. 액체에서 기체가 되려면 운동에너지인 온도를 높여주어 서로를 끌어당기는 전기력 극복할 정도로 활발하게 만들어주는것입니다.
그런데 질문자님께서 질문하신 왜 100도의 온도도 아닌데 공기중에 수증기가 존재할 수 있는지 궁금해하시고 있습니다. 이는 물 분자가 100도가 아니라도 자유로워질 수 있기 때문입니다. 액체인 물에서 일부의 물분자가 공기분자에 더 끌려 공기중으로 날아갈 수 있습니다. 액체라는 상태는 H2O끼리 집단을 이뤄 전기력으로 조밀히 붙어 있는 상태지만, H2O 집단(액체)에서 떨어지게 되면 바로 기체가 될 수 있습니다. 이때 온도가 100도가 아닌 상온이라도 발생할 수 있는 현상입니다. 액체와 기체의 차이를 정확하게 이해하면 되는것이죠.
반대로 물을 100도 이상의 온도로 만들 수 있습니다. 물을 외형이 변하지 않는 밀폐된 상자에 가득 담은 후 열을 가하게 되면 H2O분자가 자유로워질 공간이 없어 온도만 계속 올라가게됩니다. 이러한 상황에는 100도를 훨씬 넘을 수 있습니다.
