융해

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얼음이 녹고 있다.

융해(融解, 영어: melting) 또는 용융(熔融)은 고체가 액체로 바뀌는 상전이이다. 고체가 열을 받거나 압력 조건이 바뀌면, 고체를 이루던 원자·이온·분자의 규칙적인 배열이 흐트러져 액체 상태가 될 수 있다. 물질이 융해하는 온도는 녹는점이라 하며, 같은 조건에서 액체가 고체가 되는 응고와 서로 반대되는 과정이다.

열역학적 성질

순수한 결정성 물질은 일정한 압력에서 녹는점에 이르면 고체와 액체가 함께 존재할 수 있다. 이때 더해진 열은 온도를 올리기보다 고체를 액체로 바꾸는 데 쓰이며, 이를 융해열 또는 융해 잠열이라고 한다. 녹는점에서는 고체와 액체의 깁스 자유 에너지가 같고, 융해에 따라 엔탈피와 엔트로피가 변한다.

녹는점은 물질마다 다르며 압력의 영향을 받는다. 대부분의 물질에서는 압력이 높아질수록 녹는점이 높아지는 경향이 있지만, 얼음처럼 액체의 밀도가 고체보다 큰 물질에서는 압력이 녹는점을 낮출 수 있다. 융해가 시작된 뒤에도 압력과 조성이 일정하면 순수한 물질의 온도는 대체로 녹는점 부근에 머문다.

결정·유리와 과열

결정성 고체는 원자나 분자가 일정한 구조를 이루며, 융해하면 그 장거리 질서가 사라져 액체가 된다. 그러나 유리와 일부 고분자처럼 비정질 고체는 뚜렷한 녹는점에서 갑자기 액체가 되지 않는다. 이들 물질은 온도 범위에 걸쳐 점차 부드러워지며, 이러한 변화는 유리 전이로 설명한다.

고체 표면이 매우 깨끗하고 외부 교란이 적을 때에는 녹는점보다 높은 온도에서도 한동안 고체 상태가 유지되는 과열이 일어날 수 있다. 반대로 액체가 녹는점 아래에서도 바로 굳지 않고 유지되는 현상은 과냉각이다. 실제 융해와 응고는 결정의 흠집, 불순물, 압력, 가열·냉각 속도와 같은 조건의 영향을 받는다.

합금·혼합물·불순물을 포함한 물질은 한 온도에서 갑자기 녹기보다 일정한 온도 범위에서 고체와 액체가 함께 존재할 수 있다. 이런 물질의 녹기 시작하는 온도와 완전히 액체가 되는 온도는 조성에 따라 달라지며, 재료의 순도와 조성을 확인하는 데 이용되기도 한다. 상평형 그림은 온도·압력·조성에 따라 어떤 상이 안정한지를 나타낸다.

녹는점은 유기 화합물과 의약품, 금속·광물의 성질을 확인하는 데 쓰이는 물성 가운데 하나이다. 다만 측정값은 가열 속도, 시료의 순도, 압력과 장비의 보정에 따라 달라질 수 있으므로, 서로 다른 자료의 녹는점을 비교할 때에는 측정 조건을 함께 살펴야 한다.

성질과 예외

융해된 물질은 일반적으로 온도가 높아질수록 점성이 낮아진다. 다만 원소 황은 액체 상태에서 온도가 일정 범위로 높아지면 중합의 영향으로 점성이 커지는 예외를 보인다. 일부 유기 화합물은 고체와 액체 사이의 부분적으로 정렬된 상태를 거치기도 한다.

이용과 자연 현상

금속·유리·플라스틱의 주조와 가공에서는 물질을 녹인 뒤 원하는 형태로 굳히는 과정이 쓰인다. 빙하와 적설의 융해는 하천 유량과 해수면, 산지의 물 공급에 영향을 줄 수 있다. 얼음이 녹는 현상은 해빙이라고도 하며, 냉동 식품을 사용할 때 고체 상태의 식품을 녹이는 과정은 해동이라고 한다.

지구 내부의 높은 온도에서 암석이 부분적으로 녹아 마그마가 생길 수 있으며, 마그마가 식어 굳는 과정은 화성암의 형성과 관련된다. 얼음과 눈의 융해는 계절적 수문 순환의 일부이지만, 융해 속도와 시기는 기온·일사량·강수·표면 상태에 따라 달라진다.

같이 보기

• 응고
• 녹는점
• 융해열
• 승화
• 용해
• 해동

각주

		반응 후
		고체	액체	기체	플라스마
반응 전	고체	고체-고체 변화	용융	승화	—
	액체	응고	—	기화	—
	기체	증착	응축	—	전리
	플라스마	—	—	재결합 / 탈전리	—