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물질의 상태 변화란?

물질의 삼태

예를 들어 나무 책상이 있을 경우 책상은 물체이고, 이 재료의 목재는 물체 물질이다.

통상 물질은 그 때의 온도나 압력에 따라 고체이거나 액체이거나 기체이거나 한다.

이 고체·액체·기체를 물질의 삼태라고 하며 온도나 압력의 조건을 바꾸면 물질의 상태는 변화한다.

그래서 일반적으로는 상온(20도), 상압(1기압)에서의 상태를 의미한다.

물질의 삼태는 다음과 같이 정의되어 있다.

고체... 모든 물질은 저온에서는 고체가 된다.

(예) 얼음, 식염, 철, 다이아몬드 등.

액체... 온도가 올라가면 고체는 액체가 돼.이 상태에서는 고체인 경우와 마찬가지로 물질은 경계표면으로 둘러싸여 있지만 형태는 용기로 변화한다.

(예) 물, 휘발유, 알코올 등

기체. 이 상태에서는 더 이상 물질의 표면을 생각할 수 없고 용기보다 부피도 모양도 쉽게 변화한다.

(예) 공기, 산소, 프로판가스, 수증기, 가솔린 증기 등

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밀도와 비중

①물의 온도와 부피

물은 얼음, 물, 수증기의 삼태가 있으며 응고되어 얼음이 될 때는 부피가 증가한다.

물은 온도의 변화에 따라 부피는 변화하여 4도에서 부피가 최소가 되며(밀도는 최대) 1cm^3의 무게는 1g이다.

②밀도

동일한 체적을 갖는 물질이라도 무게에 경중의 차이가 있는 것은 그 물질의 조직에 소밀의 차이가 있기 때문이며, 이 소밀의 정도를 그 물질의 밀도라고 하며, 단위 체적 내의 질량으로 이를 나타낸다.

즉 물질 1cm^3이 나타내는 질량이 밀도이다.

③비중

고체, 액체의 비중 (물=1)

고체 또는 액체의 무게와 그와 같은 부피의 4도, 1기압의 순수한 물의 무게의 비를 그 물체의 비중이라고 한다.

④기체의 비중 (공기=1)

기체나 증기의 비중은 공기의 무게를 기준(0도, 1기압에서 공기 1리터의 무게 1.293g)으로 하고, 이를 기체(증기) 비중 또는 증기밀도라고 한다.

"참고"

①물질의 온도가 상승해 팽창하면 밀도는 작아진다.

또 온도가 하강해 수축하면 밀도는 커진다.

②밀도나 비중이 같아도 동일 물질이라고 할 수 없다.

③밀도나 비중이 같으면 동일 부피의 질량은 같다.

④비중이 1보다 크다는 것은 그 물질이 물보다 무겁다는 것이다.

또 어릴 때는 그 반대를 의미한다.

⑤증기밀도가 1보다 크다는 것은 그 기체(증기)는 공기보다 무겁다는 것이다.

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압력

물체의 단위 면적에 가해지는 힘이 압력이다.

압력의 세기는 일반적으로 1m^2당 몇 g 또는 몇 kg의 무게로 나타내었으나 현재는 1m^2에 1N(뉴턴)의 힘을 주는 압력을 1기압 또는 1Pa(파스칼)로 나타내고 있다.

0도, 1기압 상태를 표준 상태라고 한다.

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물질의 상태 변화

상태의 변화

외부에서 열을 흡수하는 것을 흡열(수)

외부로 열을 방출하는 것을 방열이라고 한다

'고체에서 액체가 되는 것을 융해', '액체에서 고체가 되는 것을 응고'

'액체에서 기체가 되는 것을 기화', '기체에서 액체가 되는 것을 응축 또는 액화'

고체에서 기체가 되는 것을 승화(드라이아이스).

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①융해 및 응고

융해란 고체를 가열하여 그 물질에 특유의 어느 일정 온도에까지 상승하면 액체가 되는 현상을 말하며, 이 특유의 온도를 그 물질의 융점 또는 융해점이라고 한다.

응고란? 액체를 냉각, 즉 열을 빼앗아 그 물질(액체) 특유의 어느 일정 온도(융해가 시작되는 온도)까지 낮추면 개체가 되는 감소를 말하며, 또 이 특유의 온도를 그 물질의 응고점이라고 한다.

(주) 1cal은 약 4.2J이다.

②기화 및 응고

기화란 액체가 기체가 되는 것을 말하며 기화에는 증발과 끓는 두 종류가 있다.

액체를 공기 중에 방치하면 어떤 온도에서도 그 표면은 끊임없이 기화된다.

이 현상을 증발이라고 하며 증발하기 쉬운 액체를 휘발성 액체(휘발성 물질)라고 한다.

비등이란? 그 액체의 온도가 상승함으로써 포화증기압이 증대하여 액체의 표면에 작용하는 외압과 같아질 때 일어나는 현상이다.

따라서 비점이란 그 액체의 포화증기압이 외기의 압력과 같아질 때의 액체의 온도이다.

그러므로 액체의 비점은 외압의 높낮이에 좌우되고 외압이 높아지면 비점은 높고 외압이 낮아지면 비점은 낮아진다.

또 물에 쇼당(설탕)이나 식염 등 비휘발성 물질을 녹인 수용액의 비점은 물 끓는점(100도)보다 높아진다.

물의 기화열은 2263.8J/g(100도, 539cal/g)로 크고, 또한 열용량도 커서 냉각효과가 크다는 점 및 수증기가 되면 부피가 약 1700배로 팽창하여 질식효과가 있다는 점 등에 따라 물은 유효한 소화제로 사용되고 있다.

③기체의 액화

일반적으로 모든 기체는 어떤 일정 온도 이하여야 액화가 되는데, 이 한계의 온도를 임계 온도라고 하며, 그 온도에서 액화하는 데 필요한 압력을 임계 압력이라고 한다.

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조해와 풍해

고체가 공기 중의 수분을 흡수해 습하고 액상화하는 현상을 '조해'라고 하며, 이와 반대로 결정수를 포함한 물질을 공기 중에 방치해 두면 자연스럽게 결정수의 일부 또는 전부를 잃는 현상을 '풍해'라고 한다.

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