물질의 녹는점과 어는점 및 온도계의 올바른 사용법
온도계는 재고 싶은 온도보다 높은 온도의 눈금이 있는 것을 선택해야 합니다. 그러나 영하의 온도를 잴 경우 재고자 하는 온도보다 낮은 눈금이 있는 것이어야 합니다. 예를 들어 기온을 잴 때에는 50도씨 짜리 온도계를, 끓는 물의 온도를 잴 때에는 100도씨 짜리 온도계를 사용합니다. 또 얼음이나 추운 겨울날의 기온 등 영하의 온도를 재려면 -20도씨정도 아래까지 눈금이 있는 것이 좋습니다. 온도계를 사용하기 전에는 먼저 온도계의 눈금 간격이 일정한지 살펴보고, 수은이나 알코올이 끊어져 중간에 간격이 생겨 있는지 않은지 확인합니다. 그리고 얼음물과 끓는물에 담아 얼음이 녹기 시작할 때와 물이 끓을 때 온도계의 눈금이 각각 정확하게 0도씨와 100도씨를 가리키는지 확인해 봅니다. 이것은 온도계이 눈금이 정확한지 알아보기 위함입니다. 고체 상태인 물질의 온도는 온도계를 물체의 표면에 잘 닿게 하고 충분히 시간이 흐른 후 측정해야 합니다. 그리고 기체 체나 액체 상태인 물질의 온도를 측정할 때에는 온도계를 물체의 중간 부분까지 깊숙이 넣습니다. 이때 온도계의 끝 부분이 바닥에 닿지 않도록 해야 합니다. 온도계의 눈금을 읽을 때에는 붉은 기둥에 손이 닿지 않게 온도계의 윗부분을 잡아야 합니다. 그리고 붉은 기둥의 움직임이 멈출 때까지 기다렸다가 붉은 기둥의 끝과 눈높이를 맞추어 눈금을 정확하게 읽습니다. 특히 온도를 측정할 때에는 태양열이나 다른 열이 온도계에 직접 닿지 않도록 하고, 온도계의 너무 가까이 입김이 닿지 않게 주의해야 합니다. 온도계를 볼 때 적정한 거리는 약 30센티미터 정도입니다.
라우르산은 팜유나 야자유에 들어 있는 성분으로, 흰색 바늘 모양의 결정 또는 가루입니다. 녹는점은 43.2도씨이고, 끓는점은 298.9도씨 입니다. 세척제나 화약 약품의 원료로 쓰입니다. 라우르산 알갱이가 서로 잡아당기는 힘은 얼음 알갱이 사이의 힘보다 강합니다. 라우르산의 냉각 곡선을 살펴보면 얼면서 온도가 일정하게 유지되는 구간이 있습니다. 이처럼 액체상태의 물질이 어떤 온도에 이르면 고체 상태로 변하게 되는데, 이때의 온도를 어는점이라고 합니다. 고체 상태에서 분자 간의 결합력은 일정합니다. 따라서 고체가 액체로 되면서 부분적으로 결합이 끊어질 때의 온도와, 액체가 고체로 되면서 결합이 만들어질 때의 온도가 같은 것입니다. 그래서 같은 물질의 녹는점과 어는점은 같고, 이는 물질의 질량이 달라지더라도 변하지 않습니다. 물질의 상태 변화 과정에서 물질의 분자간 결합력이 중요하게 작용하므로 물질의 녹는점과 어는점은 물질의 고유한 성질이 될 수 있습니다.
에탄올의 가열 곡선을 살펴보면 끓으면서 온도가 일정하게 유지되는 구간이 있습니다. 이처럼 액체상태의 물질이 어떤 온도에 이르면 기체 상태로 변하게 되는데, 이때의 온도를 끓는점이라고 합니다. 이러한 끓는점은 물질의 종류와 압력에 따라 달라집니다. 물질마다 끓는점이 다른 것은 액체를 이루는 알갱이들의 결합력이 다르기 때문입니다. 물질마다 끓는점이 다른것을 이용하여 혼합물을 분리할 수도 있습니다. 끓는점이 다른 두 액체가 섞여 있는 혼합물을 끓이면 끓는점이 낮은 액체가 먼저 기체가 되어 나오게 되는데, 이러한 분리 방법을 분별 증류라고 합니다. 예를 들어 물과 에탄올이 섞여 있는 혼합물을 증류하면 78.2도씨 부근에서는 에탄올이 나오고, 100도씨에서는 물이 분리되어 나오게 됩니다. 끓는점을 이용한 혼합물의 분리가 사용되는 대표적인 예로는 원유의 분리가 있습니다.
끓는점은 물질마다 정해져 있는 고유의 특성이지만 기압에 따라 그 값이 달라집니다. 일반적으로 기압이 높아지면 끓는점도 높아지고, 기압이 낮아지면 끓는점이 낮아집니다. 이러한 현상은 높은 산 위에 올라가면 직접 체험할 수 있습니다. 높은 산 위에 올라가면 평지보다 기압이 낮기 때문에 귀가 멍하고 숨이 가쁩니다. 그리고 높은 산 위에서 밥을 하면 설익게 됩니다. 이것은 높은 산으로 올라가면 대기압이 1기압보다 작아져 물이 100도씨보다 낮은 온도에서 끓기 때문입니다. 따라서 밥이 익을 만큼 높은 온도에 도달하기 못하고 끓어 밥이 설익게 되는 것입니다. 이럴 때는 밥이 끓고 있는 냄비 위에 돌과 같은 무거운 물체를 올려놓아 압력을 높이면 밥이 제대로 지어집니다. 이와는 반대로 물이 100도씨보다 높은 온도에서 끓는 경우가 있습니다. 압력솥은 솥의 내부 압력을 일반 밥솥보다 높일 수 있게 만든 도구입니다. 압력솥은 밀폐된 뚜껑이 있어 물이 끓을 때 생기는 수증기가 밥솥 내부에 모이게 됩니다. 따라서 밥솥 내부 수증기의 압력이 점저 커지게 되고, 이 압력이 외부 압력의 역할을 하므로 물의 끓는점이 100도씨보다 높아지게 되는 것입니다. 따라서 조리하는 온도가 높아지기 때문에 음식이 익는 데 필요한 시간이 줄어들게 됩니다.