나프탈렌 분자가 고체 상태에서 곧바로 기체 상태로 변화는 과정을 설명해 주세요.

Question

옷장에 넣어두는 좀약이나 화장실 방향제로 쓰이는 나프탈렌은 시간이 지나면 크기가 점점 작아지다가 액체 상태를 거치지 않고 흔적 없이 사라집니다. 나프탈렌 분자가 고체 상태에서 곧바로 기체 상태로 변화는 과정을 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

나프탈렌은 예전에는 좀약이라고 불리기도 했어요. 좀약은 옷장, 보관함에 넣어 나방, 유충 등 해충을 억제해 의류나 섬유류를 보호하는 용도로 쓰였는데, 이런 나프탈렌을 옷장 속에 넣어두면 주변을 적시지도 않고 어느새 작아져 사라지는 현상이 나타나는데 이 현상을 승화라고 합니다. 고체가 액체 상태를 거치지 않고 곧바로 기체로 직행하는 분자들의 화학적 원리를 알기 쉽게 설명해 드릴게요.

나프탈렌의 승화 작용 일어나는 핵심 이유는 나프탈렌 분자 간의 결합력이 매우 약하기 때문입니다. 나프탈렌은 분자들을 서로 묶어두는 힘이 현저히 낮아, 특별한 가열 없이 상온의 열에너지만 받아도 고체 표면의 분자들이 결합을 끊고 공기 중으로 쉽게 튕겨 나갑니다.

또한, 나프탈렌이 액체로 녹는 온도는 약 80°C에 달해 우리가 생활하는 실내에서는 액체 상태를 거칠 수 없습니다. 결국 일상적인 환경에서는 분자들이 액체로 녹을 틈도 없이 고체 표면에서 바로 기체 상태로 흩어지게 됩니다. 이 과정이 오랜 시간 서서히 진행되면서 젖은 흔적 하나 남기지 않고 크기만 줄어들다가 공기 중으로 완전히 사라지게 됩니다.

아이스크림 케이크 포장에 쓰이는 단단한 드라이아이스가 물을 남기지 않고 하얀 기체로 사라지는 것도 완전히 같은 원리입니다.