물질의 상태와 입자

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제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

우리 주위의 여러가지 물질은 고체, 액체, 기체 - 이렇게 세 가지 상태로 존재합니다. 또한 물질은 작은 입자들로 구성되어 있지요. 이번 시간에는 물질의 상태에 따른 입자의 구성, 그리고 상태 변화에 따른 입자의 변화에 대해 공부해보겠습니다.

*** 물질의 상태와 입자

고체, 액체, 기체 상태에 따라 구성 입자의 잡아당기는 힘(인력), 거리, 운동, 배열이 달라집니다. 4개의 입자로 이루어진 모형을 통해 간단히 비교해봅시다.

고체는 입자 사이에 인력이 매우 강해서 거리도 가깝고 배열도 규칙적입니다. 반대로 기체는 입자 사이에 인력이 거의 없어서 거리도 멀고 불규칙적으로 배열되어 있지요. 액체는 고체와 기체의 중간쯤, 됩니다. 여기서 주의해야할 점은 고체 상태의 입자도 '제자리에서 진동 운동을 한다'라는 것입니다.

■ 상태 변화 - 물질의 성질

물질이 고체, 액체, 기체로 상태가 변한다고 해도 물질을 이루는 입자의 종류는 변하지 않습니다. 즉, 상태 변화를 하더라도 물질의 성질은 그대로 유지됩니다.

■ 상태 변화 - 물질의 질량

마찬가지로 상태 변화를 하더라도 입자의 개수도 변하지 않습니다. 따라서 상태 변화에 따른 질량의 변화도 없습니다.

■ 상태 변화 - 물질의 부피

물질이 고체, 액체, 기체로 상태가 변하면 입자의 배열, 입자 간 거리가 변하게 됩니다. 따라서 상태 변화에 따라 물질의 부피는 쉽게 변하게 됩니다.

일반적으로 고체 → 액체  → 기체로 변하면 입자 사이이 거리가 멀어져서 부피가 증가하게 됩니다. 반대로 기체 → 액체  → 고체로 변하면 입자 사이의 거리가 가까워져서 부피가 감소하게 되지요.

★ 물의 부피 변화

다들 생수병을 냉동실에 얼려본 경험이 한 번 쯤 있으실텐데요, 생수병에 물이 얼면 생수병이 부풀어 오르게 됩니다. 다른 물질들과 달리 물은 물(액체) → 얼음(고체)가 되면 부피가 감소하는 것이 아니라 부피가 증가하게 된답니다.

그 이유를 알아보기 위해 물과 얼음의 입자 모형을 살펴봅시다. 물(액체)을 이루는 입자들은 불규칙적으로 서로 엉켜있습니다. 빈 공간이 많지 않지요. 하지만 얼음(고체)이 되면 입자들이 규칙적으로 배열이 되고, 입자 사이의 빈 공간이 많아지게 됩니다. 그래서 물이 얼음으로 응고가 되면 부피가 증가하게 되는 것입니다.

★ 변하는 것 vs 변하지 않는 것

위 내용을 종합해서 상태 변화가 일어날 때 변하는 것과 변하지 않는 것을 다시 정리해봅시다.

▶ 변하는 것

- 입자 사이의 인력

- 입자 사이의 거리

- 입자의 배열

- 입자의 운동

- 물질의 부피

▶ 변하지 않는 것

- 입자의 종류

- 입자의 개수

- 물질의 성질

- 물질의 질량

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