액체질소에 따뜻한 물을 부으니 연기가 폭발하듯 올라오던데 왜 그런가요?

Question

어제과학 마술쇼를 보러 갔는데 액체 질소에 뜨거운물을 부으니 연기가 잔득 생기더라구요. 왜 그런 현상이 생기는 건가요. 알려주세요.

느긋한칼새269 · Accepted Answer

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.액체 질소는 극도로 낮은 온도인 -196℃에서 상태를 유지합니다. 그러나 따뜻한 물을 부으면 물의 온도가 높아져서 증발이 발생합니다. 이 때, 증발에 필요한 열이 주변에서 빠르게 흡수되면서 주위 온도가 급격하게 낮아지게 됩니다. 그러면 액체 질소가 빠르게 증발하여 공기 중의 증기로 바뀌게 되는데, 이 증기가 과열되면서 액체 질소와 공기 중의 산소와 반응하여 아주 큰 폭발 소리를 내며 연기와 물방울이 폭발적으로 발생하는 것입니다.즉, 따뜻한 물을 부으면서 발생한 증기와, 그 과정에서 생긴 열이 주변 공기를 빠르게 식히고, 그 결과 액체 질소가 폭발적으로 증발하면서 발생하는 것입니다. 이러한 현상은 대체로 위험하므로, 적절한 안전조치를 취한 후에 시행해야 합니다.

하얀도화지113 · Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.액체 질소는 극저온 상태에서 가스 상태로 바뀌는데, 그 과정에서 뜨거운 물을 부으면 물의 표면 온도가 급격히 낮아지면서 물 분자가 고체로 응축되어 작은 얼음 조각들이 형성되는 것입니다. 이 과정에서 뜨거운 물에서 발생하는 수증기가 고체 상태로 응축되어 작은 얼음 조각들이 형성되기 때문에 연기와 같은 현상이 관찰됩니다.물 분자들은 기온이 낮아질수록 서로에게서 멀어지면서 서로 붙어 있으며, 얼음 조각이 형성될 때에는 뜨거운 물 분자들이 고체로 응축되어 얼음 조각을 형성하고, 분자들 간의 결합력이 증가하게 됩니다. 이런 과정에서 뜨거운 물을 부었을 때의 수증기가 고체로 응축되는 것이지요. 이러한 현상을 노빙(Nobing) 현상이라고도 합니다.이러한 노빙 현상은 일상 생활에서도 볼 수 있는데, 양동이나 컵에 물을 부으면서 얼음을 만들거나, 가정용 냉장고에서 물을 얼리는 것과 같은 원리입니다. 다만, 액체 질소를 사용하면서 극저온 상태에서 얼음 조각을 만드는 것은 극적이고 흥미로운 실험으로 활용되는 것입니다.

튼튼한라마20 · Answer

액체 질소는 매우 낮은 온도인 -196도 정도에서 존재하는 물질로, 그 온도로 인해 뜨거운 물을 부었을 때 연기가 폭발하는 듯한 현상이 나타나는 것입니다. 이는 뜨거운 물을 부으면 그 물의 수증기가 빠르게 상승하면서, 주변 공기를 휘젓고 형성된 수증기와 공기가 굉장한 압력을 발생시켜서 연기가 폭발하는 것으로 보입니다. 이는 연기의 폭발적인 상승 현상을 보기 위해 재현되는 마술 효과 중 하나이며, 실제로 이러한 현상을 일상적으로 관찰하기는 어렵습니다. 하지만 낮은 온도에서의 물질의 특성과 상태 변화에 대해 이해하는데 도움이 될 수 있습니다.

화학

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액체질소에 따뜻한 물을 부으니 연기가 폭발하듯 올라오던데 왜 그런가요?