가스식 라이터의 버튼을 누르면 불꽃 없이 기체만 나오다가 스파크를 일으켜야 불이 붙는 이유를 기체 분자들이 반응을 일으키기 위해 필요한 최소한의 활성화 에너지로 설명해 주세요.

Question

가스식 라이터의 버튼을 누르면 불꽃 없이 기체만 나오다가 스파크를 일으켜야 불이 붙는 이유를 기체 분자들이 반응을 일으키기 위해 필요한 최소한의 활성화 에너지로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

가스식 라이터의 버튼을 누르면 내부의 액체 가스가 기체 상태로 흘러나오며 공기 중의 산소와 섞이지만, 스파크가 없으면 불이 붙지 않습니다. 기체 분자들이 서로 만나 화학 반응을 일으키고 타오르려면 반응을 시작하는 데 필요한 최소한의 에너지 장벽을 넘어야 하는데, 이 장벽을 활성화 에너지라고 합니다.

​실온 상태에서 가스 분자와 산소 분자는 끊임없이 충돌하고 있지만, 이들이 가진 자체 에너지는 활성화 에너지 장벽을 넘기에는 턱없이 부족합니다. 분자들이 아무리 많이 부딪혀도 결합이 깨지거나 새로 형성되지 않기 때문에 불꽃 없이 기체만 허공으로 날아가게 됩니다.

​이때 라이터의 부품을 통해 순간적으로 스파크를 일으켜 주면 상황이 바뀝니다. 스파크는 충돌 지점에 매우 높은 열에너지를 한 번에 공급합니다. 이 강력한 열을 흡수한 가스와 산소 분자들은 활성화 에너지라는 높은 고개를 단숨에 뛰어넘어 격렬하게 결합을 바꾸며 타오르기 시작합니다.

​일단 스파크를 통해 초기에 필요한 활성화 에너지를 얻어 불이 붙으면, 연소 반응이 일어나는 과정에서 스스로 엄청난 열이 뿜어져 나옵니다. 이 열이 주변에 있는 다른 가스 분자들에게 연쇄적으로 활성화 에너지를 계속 전달해 주기 때문에, 이후에는 스파크를 다시 공급하지 않아도 가스가 계속 나오는 한 불꽃이 꺼지지 않고 유지됩니다.