얼음이 녹는 동안에는 왜 온도가 안 올라가나요?

Question

얼음을 가열하면 녹는 동안에는 온도계가 0도에서 멈춰 있다가 다 녹은 후에야 온도가 다시 올라간다고 배웠어요. 계속 열을 가하는데 왜 상태가 변하는 동안에는 온도가 그대로인 건지 궁금합니다.

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

고체인 얼음이 녹아서 액체인 물이 되는 과정을 융해라고 합니다. 이렇게 상태 변화가 일어날 때에는 항상 에너지 출입이 일어나는데, 고체에서 액체로 변할 때에는 에너지를 흡수하게 되는데, 이 과정에서 온도가 올라가지 않는 이유를 설명해 드리도록 할게요.

얼음에 열을 가해도 모두 녹을 때까지 온도가 0도에 머무는 이유는, 공급된 열에너지가 얼음의 단단한 분자 결합을 끊는 데 온전히 사용되기 때문입니다. 고체 상태인 얼음 속 물 분자들은 수소 결합을 통해 규칙적이고 단단한 구조를 이룹니다. 얼음이 액체로 변하려면 분자들이 자유롭게 움직일 수 있도록 이 결합을 풀어야 합니다. 따라서 외부에서 가해지는 열은 온도를 높이는 대신, 물질의 상태를 변화시키는 융해열로 모두 소비됩니다.

온도가 올라간다는 것은 분자 운동이 활발해짐을 의미하는데, 에너지가 결합을 깨는 데만 사용하다 보니 분자 운동 속도는 변하지 않아 온도가 멈춰 있게 됩니다. 얼음이 완전히 녹고 나면, 그제야 공급되는 열에너지가 분자 운동을 촉진하는 데 쓰이면서 온도가 다시 올라가기 시작합니다.