드라이아이스를 따뜻한 물에 넣었을 때 격렬하게 발생하는 하얀 연기는 이산화탄소 기체가 아니라, 주변의 수증기가 급격히 냉각되어 응결된 미세한 물방울임을 화학적으로 설명해 주세요.

Question

드라이아이스를 따뜻한 물에 넣었을 때 격렬하게 발생하는 하얀 연기는 이산화탄소 기체가 아니라, 주변의 수증기가 급격히 냉각되어 응결된 미세한 물방울임을 화학적으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

드라이아이스를 따뜻한 물에 넣었을 때 피어오르는 격렬한 하얀 연기는 이산화탄소 기체가 아니라 주변의 수증기가 급격히 냉각되어 응결된 미세한 물방울입니다. 이 현상은 고체의 승화와 기체의 액화라는 물질의 상태 변화로 설명할 수 있습니다.

​고체 이산화탄소인 드라이아이스는 온도가 영하 78.5도로 매우 낮습니다. 이를 따뜻한 물에 넣으면 주변으로부터 다량의 열을 흡수하면서 액체를 거치지 않고 곧바로 이산화탄소 기체로 변하는 승화 현상이 급격히 일어납니다. 이때 발생한 이산화탄소 기체는 주변의 열을 빼앗아 간 상태이기에 매우 차갑습니다.

​이 차가운 기체가 물 밖으로 솟구쳐 나올 때 따뜻한 물 표면에 풍부하게 존재하던 고온 다습한 수증기와 만나게 됩니다. 기체 상태의 수증기는 차가운 이산화탄소 기체에 열을 빼앗겨 온도가 이슬점 아래로 뚝 떨어지게 되고, 이 과정에서 분자 사이의 거리가 가까워지며 미세한 액체 물방울로 변하는 응결 현상이 발생합니다.

​본래 이산화탄소 기체는 가시광선을 통과시키기 때문에 우리 눈에 보이지 않는 무색의 기체입니다. 우리가 눈으로 보는 하얀 연기는 공기 중에 형성된 무수한 미세 물방울들이 빛을 사방으로 난반사하기 때문에 나타나는 현상입니다. 결국 드라이아이스가 유도한 급격한 냉각 현상이 물 표면에 인공적인 안개나 구름을 만들어낸 물리 화학적 결과물이라고 볼 수 있습니다.