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16/03/08 21:22
소금이 750도 정도 되면 엄청난 열량을 지닌다 ->
그 열량이 물에 닿는 순간 물을 증기로 만드는데 증기의 부피는 물의 약 1000배 이상이 된다 -> 그 증기가 물에서 탈출 시도 -> 풍선을 1000배로 불리는 급의 폭발이 발생 대충 이런 수순입니다... 끓는 기름에 찬물 부으면 튀는거를 엄청난 스케일과 열량으로 구현한 결과라고 보시면 됩니다...크크;
16/03/08 21:31
저도 100% 확실하지는 않지만, 조건이 몇가지 있습니다:
1. 물보다 무거운 물질일 것 (가라앉으면서 물이 감싼 상태에서 물을 기체화 해야함) 2. 열용량이 상당히 높은 물질일 것 2번이 중요한게, 물하고 맞장떠서 순간 기체화 시킬 정도로 열용량이 높은 물질이 은근 드물죠... 물은 천연에서 볼수있는 물질중에선 열용량이 압도적으로 높으니까요. 많은 분들이 나트륨의 반응성을 말씀하셨고, 저도 반박이 조금 조심스럽긴 하지만, 제가 아는 바로는 온도가 높다고 나트륨과 염소가 분리될 가능성은 매우 적습니다. ionic bond는 상당히 강력하거든요...
16/03/08 22:10
설명에 덧붙히자면. 우선 밑에 분들이 나트륨때문이라고 했는데 그건 아닙니다. 나트륨이 폭발하는건 나트륨메탈 상태에서 물에 들어가며 이온화 될때 엄청난 발열에나지가 나오고 그로인해 폭발하는 것인데 소금의 경우는 이미 나트륨 이온상태입니다. 뭐 사실 나트륨때문이 전혀 아니다라고 말하기도 힘든게 750도에서도 끓는점 이하로써 액체로 존재하는 이온결합 물질이여야 하고 그런물질들이 1,2족원소와 7,8족 원소의 결합이 필요하니까요. 즉 소금말고 다른 물질도 가능합니다.
16/03/08 22:33
나트륨이 아니라고 제가 생각하는 이유는,
진짜 나트륨 때문이라면 저정도 폭발로 끝나지 않습니다.. 크크크 https://www.youtube.com/watch?v=NTFBXJ3Zd_4 0:50 정도부터 나오는데 저게 나트륨느님의 위력이죠...덜덜
16/03/08 23:04
근데 동영상을 보면 폭발이 발생하는 타이밍이 있는 것 같은데 폭발과 격렬한 비등 사이에 어떤 임계지점이 있고 거기서 불연속적인 구분이 이루어지는 뭔가가 있는 걸까요?
16/03/08 23:16
제 추측으로는 100도의 물이 100도의 수증기로 변할때 필요한 열량이 엄청 높은데,
물이 100도에 도달했다가 기화되는데 필요하는 열량이 딱 충족되는 순간 급 팽창하는게 아닐까 싶습니다. 물론 저도 전공자가 아니라 어디까지나 추측이지만요...
16/03/08 21:58
수조의 긴 쪽 면이 저 사람 향해 있었으면 유리 파편에 벌집될 뻔;;;;
흠.. 영상 다시 보니까 그래서인지 모서리 쪽에서 붓긴 하네요.
16/03/08 22:08
Na+ 자체로는 물과의 반응성이 없습니다. Na가 Na+가 되고 그 전자를 수소가 받아먹으면서 물에는 Na+와 OH-가 남게 되고 수소는 기체로 환원되어서 빠져나가는 게 일반적이거든요. 그래서 폭발적인 반응이 일어남과 동시에 상당한 양의 열이 일어나는데 그 열이 수소를 터뜨리게 할 정도로 충분히 공급되면 터지는 거죠(예전에 17세기인가, 비행선의 가스를 수소로 채우는 일이 종종 있었는데 그게 터지는 것과 같은 겁니다). Na+가 고온이 되면서 전자를 받아먹어서 Na로 임시로 환원된 게 터진다면 모를까... 그나마 그럴 가능성도 상당히 적다고 봅니다. 영문 위키백과를 찾아보니 애초에 녹아내리는 염화나트륨의 구성의 대부분이 Na+와 Cl-라고 되어 있군요. 그러니 이미 Na+ 상태가 된 녀석이 반응을 일으킬 가능성은 거의 제로.
그런데, 부피비와 물의 높은 열용량을 감안하면 끓는 물로 인한 에너지 자체는 오히려 미미하다고 봐야 할 판입니다. 영상의 소금과 물의 부피비를 대충 1 : 150 정도로 잡을 수 있겠군요. 소금과 물의 비중이 2 : 1 정도니 100g : 7.5L로 잡읍시다. 일단 소금의 녹는점은 801도입니다. 계산하기 쉽게 800이라 하죠. 외부 온도는 화학에서 자주 쓰이는 25도라 가정합시다. 소금의 몰 열용량은 36.8 J / K · mol이고, 화학식량이 58이니, 100g의 소금을 1도 올리는 데 필요한 에너지는 대략 63J 정도 됩니다. 그러니 소금이 저 온도까지 올라가는 데 필요한 에너지는 (800 - 25) * 63 = 약 48.8 kJ. 물 7.5L는 7500g이고, 물 1g을 1도 올리는 데 들어가는 에너지가 4.184J이기 때문에 7500g의 물을 1도 올리는 데 들어가는 에너지는 약 31kJ이라, 계산대로라면 소금이 올릴 수 있는 물의 온도는 고작해야 1.5도 정도. 비열로만 따지면 전체 물을 펄펄 끓게 하는데 필요한 소금의 양은 무려 5kg 가량. 원 링크의 영상 해설에 보면 첫 두 번의 시도는 별일 없었다고 이야기하는데 아마 이런 이유일 겁니다. 영상을 자세히 보니, 폭발의 시작이 녹은 소금을 붓고 있는 지점이군요. 정확히 말하면, 폭발의 시작은 소금과 닿아서 끓고 있는 물이 아니라 표면에 가까운 지점입니다. 그리고 세 번째 시도에서 터진 것으로 보아, 추정하기로는 과포화 상태에 있는 용액에 저런 강력한 충격(펄펄 끓는 염이니 강력한 충격이라 할 만하죠)이 가해지는 통에 어마어마한 에너지가 발생해서 그 힘을 못 버틴 게 아닌가 싶군요. 그게 아니라면 닿을 때에 나오는 기체를 분석할 필요가 있습니다. 저게 단순 수증기인지 아니면 수소라도 나오는 것인지를요.
16/03/08 22:17
저도 정확한 원리는 생각해봐야겠지만 위에 적었든 일반적인 나트륨반응성 때문은 아니고, 결국 물과의 반응성 때문으로 보입니다. 물 전체의 양과는 무관하게 액체소금과 부딪히며 직접적으로 열교환하는곳의 물이 순간적으로 증기화되며 고속팽창하고 그때문에 터지는것으로 보입니다. 염화나트륨과 물과 반응에서 수소가 생길리는 없어보이네요.
16/03/08 22:21
그렇죠. 분명히 나트륨일 리는 없죠. 첫 문단을 제가 너무 어렵게 적었나요. (말미를 약간 수정했습니다.)
근데 고속팽창이라고 하자니 이번에는 그 양이 지나치게 적은 게 아닌가 싶어서 말이죠. 소금과 닿은 물의 양을 봐도 그렇고, 고속팽창이라면 소금과 닿은 물에서 폭발이 같이 시작되어야 정상인데 그렇지 않으니 더욱 알 수 없는 노릇인 게죠. 영상을 자세히 보면 폭발은 물의 표면에서 먼저 일어나고 있거든요.
16/03/08 22:33
표면에서 반응성이 가장 뛰어나니까요. 결국 물도 결합이 약하고 가장 먼저 닫은 표면부터 증기화가 될텐데 거기에서 반응이 가장 먼저 or격렬하게 나타나는건 당연할겁니다. 앞서 두번은 터지지 않은걸로보아 열에너지의 전달이 운좋게 잘일어나서 물전체에 고루 전달되면 괜찮지만 불균일하게 순간 기화가 되어버리게 되면 팽창이 일어나서 폭발하는 걸로 예상됩니다.
16/03/08 22:39
그런데 또 RHNB(Red Hot Nickel Ball) 영상에서는 폭발하지는 않거든요. (https://www.youtube.com/watch?v=9qSEfcIfYbw) Leidenfrost Effect(http://awesci.com/dancing-drops-of-water/) 때문에 주변에 수증기 막이 생성되서 그렇다는데, 영상에서도 분명 소금 주변에 수증기 막이 형성되는 걸로 봐서는 단순히 열 때문은 아닌 것 같긴 합니다.
16/03/08 22:56
결국은 에너지때문에 발생하는 팽창에 의한것이고 에너지가 나올만한 소스나 반응경로를 생각해보면 여태 말씀드렸던 소금의 열에너지에 의한 물의 기화반응이 가장 커보이고 염화나트륨이 물에 녹은반응에서는 발열에너지가 거의 없을텐데.. 혹시나 액체 상태의 염화나트륨이 순간적으로 물의 h와 cl oh와na가 만나고 바로 중화반응까지 발생하며 그에 따른 발열에너지?? 그럴가능성이 있나?? 싶기도 하고
16/03/08 22:30
저도 조금 더 조사를 해봤는데, 소금의 열용량은 말씀하신것 처럼 상당이 낮은 편이네요.
다만 소금의 융화잠열이 상당히 높은 축에 속하더군요. 약 520J/g이라고 합니다. 그래서 소금이 다시 고체로 돌아가는 과정에서 열이 주변의 물을 기화시킨게 아닌가 생각합니다. 물 전체를 다 기화시킬 필요는 없고 감싸는 주변의 물만 순간 기화시켜도 가능하니까요. 그리고 약간 운적 요소도 들어가는게, 기화할때 수증기가 나갈 구멍이 때마침 없어야 한다는 가정이 있습니다. 기체는 나갈 구멍이 있으면 폭발까지 일으키지는 못할테니까요.
16/03/08 22:36
흠... 기화할 떄 수증기가 나갈 구멍이 없어야 한다는 가정이라면, 이런 발상을 해 볼 수는 있겠군요.
보통 용기라고 하면 고체 유리를 생각하게 되는데, 그 역할을 하는 게 순간적으로 기화된 수증기를 감싸는 물이라면 말입니다... 그 물이라고 해서 기화된 수증기를 버틸 리는 없으니, 그 수증기를 감싸는 물 분자는 유리 터지듯 사방으로 터질 것이고, 그 터진 물 분자를 감싸고 있던 물 분자가 또 터지고... 연쇄반응이 일어나서 결과적으로 용기에 어마어마한 압력을 가한다면...
16/03/08 22:41
저도 전공자가 아니라서 자세히는 모르겠으나, 위에서 언급한 것 같이 그런 경우 Leidenfrost Effect(http://awesci.com/dancing-drops-of-water/) 가 일어나서 저렇게 폭발적인 반응이 일어날 것 같지는 않습니다. 위에 단 RHNB 영상 참고 부탁드릴께요.
16/03/08 22:44
링크 감사합니다.
글의 영상은 화학의 탈을 쓴 유체역학 문제라서 더욱 골치네요. 명색이 화학과 나왔는데 화학으로는 설명이 안 되니 헛웃음만 나오네요 크크크크
16/03/09 16:57
그냥 수증기 급팽창 때문이 맞는 것 같네요.
아까 주방에서 한참 고기 굽고 제대로 달궈진 후라이팬을 물기가 약간 묻은 싱크대에 올려뒀더니 후라이팬이 통통 튀더라구요.
16/03/09 11:48
처음에 나트륨인가 하고 댓글을 적었는데 설명이 많이 달려 있어서 매우 감사합니다.
결론은 이과 망했으면... 나트륨의 반응성은 생각 이상이군요... 덜덜덜
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