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Changes of State

Introduction to the process of matter changing between solid, liquid and gas.

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상태변화

샌프란시스코의 금문교

이 사진들은 샌프란시스코 인근의 금문교(Golden Gate Bridge)를 찍은 것이다. 이들은 모두 같은 날 같은 장소에서 찍은 사진이나 아주 다르게 보인다. 왼쪽 사진에서는 다리가 짙은 안개에 가리어 잘 보이지 않는다. 그러나 오른쪽 사진에서는 안개가 걷히어 다리뿐 아니라 아래쪽의 물까지 분명하게 보인다. 안개는 아주 작은 물방울로 되어 있다. 사진에 있는 짙은 안개는 마치 땅위의 구름처럼 보인다. 안개는 어디에서 와서 어디로 가는가? 

상태의 변화

안개의 작은 물방울은 공기의 수증기애서 온 것이다. 안개는 이 물방울이 다시 수증기로 되면 사라지며, 이들 변화가 상태변화의 예이다. 상태변화는 물질이 한 상태에서 다른 상태로 바뀔 때마다 일어난다. 지구상에서 흔한 상태에는 고체, 액체, 기체가 있다. 많은 물질이 이들 중 두 상태 사이를 왔다 갔다 할 수 있다. 

상태의 변화는 물질의 물리변화이다.  이는 물질의 화학적 조성이나 성질을 변화시키지 않으며 가역적으로 진행된다. 예를 들어 안개가 수증기로 변할 때 이들은 아직도 물이며 이는 다시 액체 물로 변할 수 있다. 

상태변화의 과정

상태변화에는 여러 과정이 포함된다. 이에는 융해(melting), 응고(freezing), 승화(sublimation), 증착(deposition), 응축(condensation), 기화(evaporation) 등이 있다. 아래 그림에 고체(SDLID), 액체(LIQUID), 기체(GAS) 사이의 이와 같은 변화 과정이 나타나 있다. 

상태변화의 과정

Q: 고체상태로 변하는 두 과정은 무엇인가?

A: 물질이 기체에서 고체로 변하는 증착과 액체에서 고체로 변하는 응고가 있다.

상태변화와 에너지

뜨거운 여름날 네모난 고체 초콜릿을 밖에 두었더니 몇 시간뒤에 그 초콜릿이 아래 그림과  같이 녹았다..

Q: 이 초콜릿에 무슨 일이 일어났다?

A: 초콜릿이 녹아 고체에서 액체 상태로 변하였다. 

초콜릿이 고체에서 액체로 변하기 위해서는 초콜릿 입자가 에너지를 얻어야 한다. 위 그림의 초콜릿은 이 에너지를 햇빛에서 얻었다. 에너지는 물질을 변화시키는 능력이 있고 물질의 변화에는 항상 에너지가 관여된다. 물질이 한 상태에서 다른 상태로 변할 때에는 에너지를 흡수(초콜릿이 녹을 때와 같이)하거나 잃는다. 예를 들어 만일 이 녹은 초콜릿을 냉장고에 넣어두면 이 초콜릿은 냉장고의 차거운 공기에 에너지를 빼았긴다. 그 결과 액체 초콜릿이 다시 고체 상태로 변한다.

Q: 왜 상태변화에 항상 에너지가 관여하나?

A: 물질입자의 에너지가 물질의 상태를 결정하기 대문이다. 기체 입자는 액체 입자보다 많은 에너지를 가지며, 액체입자는 고체 입자보다 만은 에너지를 가진다. 따라서 물질을 고체에서 액체로 또는 액체에서 기체로 변화시키려면 물질입자가 에너지를 흡수해야 한다. 반대로 기체에서 액체로 또 액체에서 고체로 변하기 위해서는 물질입자가 에너지를 잃어야 한다. 다음 사이트에서 물질의 상태변화에서의 에너지의 역할에 대하여 더 학습할 수 있다.: http://hogan.chem.lsu.edu/matter/chap26/animate3/an26_035.mov

요약

  • 물질이 한 상태에서 다른 상태로 변하면 상태변화가 일어난다. 상태변화는 물질의 물리적 변화이다. 이는 물질의 화학적 조성과 성질을 변하시키지 않으며 가역적인 변화이다.  
  • 상태변화에는 융해, 응고, 승화, 증착, 응축, 기화 등의 과정이 포함된다. 
  • 상태변화에는 언제나 에너지가 관여된다. 물질입자는 한 상태에서 다른 상태로 변할 때 에너지가 흡수되거나 잃는다.

연습

다음 사이트에서 상태변화 퀴즈를 풀고 정답을 체크하라.

http://www.bbc.co.uk/apps/ifl/schools/ks2bitesize/science/quizengine?quiz=changingstates&templateStyle=science

복습

  1. 상태변화를 정의하고 그 예를 들어라.
  2. 물질을 액체로 변화시키는 과정을 확인하라.
  3. 액체를 기체로 바꾸는데 왜 에너지가 흡수되나?

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