우리 주변에 있는 대부분의 물질은 고체, 액체, 기체의 상태로 존재한다. 물질은 한 가지 상태로만 존재하는 것이 아니라 다른 상태로 변할 수 있으며, 물질 자체는 변하지 않고 물질의 상태가 변하는 것을 물질의 상태 변화라고 한다.
상태 변화의 원인
물질의 상태는 온도와 압력에 따라 변하는데, 주로 온도에 의해 변한다.
① 물질을 가열하면: 고체 → 액체 → 기체, 혹은 고체 → 기체로 상태가 변한다.
② 물질을 냉각하면: 기체 → 액체 → 고체, 혹은 기체 → 고체로 상태가 변한다.
가열 또는 냉각할 때 물의 상태 변화
얼음을 가열하면 얼음(고체) → 물(액체) → 수증기(기체)로 변하고,
수증기를 냉각하면 수증기(기체) → 물(액체) → 얼음(고체)으로 변한다.
2. 상태 변화의 종류와 예
물질의 상태 변화
융해(액체에서 고체)
• 아이스크림이 녹아서 흘러내린다.
• 용광로에서 철을 녹인다.
• 얼음이 녹아서 물이 된다.
• 초콜릿이 녹아서 손에 묻는다.
• 처마 밑에 매달린 고드름이 녹는다.
• 겨울에 얼었던 강물이 봄이 되면 녹는다.
• 버터를 뜨거운 프라이팬 위에 올려놓으면 녹는다.
기화(액체에서 기체)
• 젖은 빨래가 마른다.
• 물이 끓어 수증기가 된다.
• 도화지에 그린 물감이 마른다.
• 찌개를 계속 끓이면 국물이 줄어든다.
• 어항 속 물이 증발하여 점점 줄어든다.
• 젖은 머리카락을 헤어드라이어로 말린다.
• 피부에 알코올을 묻힌 솜을 문지르면 알코올이 증발한다.
승화(고체에서 기체)
• 드라이아이스(기체 이산화 탄소를 냉각하고 압축하여 만든 고체 이산화 탄소)의 크기가 점점 작아진다.
• 추운 겨울철 언 빨래가 마른다.
• 냉동실 안 얼음의 크기가 작아진다.
• 옷장 속 나프탈렌(좀약)이 작아진다.
• 겨울철 영하의 온도에서 언 명태가 마른다.
• 영하의 날씨에도 그늘진 곳에 쌓여 있는 눈의 양이 줄어든다.
응고(액체에서 고체)
• 겨울철 처마 끝에 고드름이 매달린다.
• 녹은 버터가 굳는다.
• 냉동실에 넣은 물이 언다.
• 흘러내리던 촛농이 굳는다.
• 고깃국을 식히면 기름이 굳는다.
• 마그마가 굳어서 화성암이 된다.
• 녹인 금을 틀에 부어 반지를 만든다.
• 겨울철 빨랫줄에 널어놓은 빨래가 언다.
액화(기체에서 액체)
• 이른 새벽 풀잎에 이슬이 맺힌다.
• 이른 새벽 호수 주변에 안개가 생긴다.
• 얼음물이 들어 있는 컵 표면에 물방울이 맺힌다.
• 목욕탕의 거울에 김이 서리고 천장에 물방울이 맺힌다.
• 추운 곳에서 따뜻한 실내로 들어설 때나 라면을 먹을 때 안경에 김이 서린다.
승화(기체에서 고체)
• 겨울철 산꼭대기에서 공기 중 수증기가 나뭇가지에 얼어붙어 상고대(나무나 풀에 내려 눈처럼 된 서리)가 생긴다.
• 늦가을 새벽 나뭇잎에 서리(수증기가 얼어 붙은 것)가 내린다.
• 냉동실 벽면이나 추운 겨울철 유리창에 성에(수증기가 얼어 붙은 것)가 생긴다.
• 구름 속 수증기가 얼어 눈 결정이 된다.
3. 얼음이 녹을 때의 무게와 부피 변화
1) 얼음이 녹을 때의 무게와 부피 변화 관찰하기
* 무게 변화 : 얼음이 녹기 전 무게(13 g) = 얼음이 완전히 녹은 후 무게(13 g) → 변하지 않음.
* 부피 변화 : 얼음이 녹기 전 부피＞얼음이 완전히 녹은 후 부피 → 부피가 줄어듦.
2) 알 수 있는 사실
얼음이 녹을 때는 무게는 변하지 않고, 부피는 줄어듭니다.
3) 얼음이 녹을 때 부피 변화에 대한 예
* 꽁꽁 얼어 있던 튜브형 얼음과자가 녹으면 튜브 안에 가득 차 있던 얼음 과자의 부피가 줄어듦.
* 물이 얼어 부푼 페트병을 냉동실에서 꺼내 놓으면 얼음이 녹으면서 부피가 줄어듦.
4. 식품 건조기에 넣은 사과 조각의 변화 관찰하기
1) 식품 건조기에 넣은 사과 조각을 지퍼 백에 넣은 사과 조각과 비교하기
지퍼 백에 넣은 사과 조각
식품 건조기에 넣은 사과 조각
* 감촉 : 식품 건조기에 넣은 사과 조각이 지퍼 백에 넣은 사과보다 건조함.
* 크기 : 식품 건조기에 넣은 사과 조각이 지퍼 백에 넣은 사과보다 조각의 크기가 작아졌음.
* 맛 : 식품 건조기에 넣은 사과 조각이 지퍼 백에 넣은 사과보다 더 닮.
* 모양 : 식품 건조기에 넣은 사과 조각이 지퍼 백에 넣은 사과보다 표면이 쭈글쭈글함.
2) 식품 건조기에 넣은 사과 조각이 크기가 작아지고 딱딱해진 까닭
사과의 표면에서 물이 수증기로 변해 공기 중으로 흩어졌기 때문입니다.
3) 우리 주변에서 물이 증발하는 예 (매우중요 : 증발은 액체의 표면에서 발생)
* 과일, 고추, 오징어 등을 말림.
* 젖은 머리카락이나 빨래가 마름.
* 비 온 뒤 젖어 있던 길이 시간이 지나면 마름.
* 운동 후 흘린 땀이 시간이 지나면 마름.
5. 증발과 끓음의 공통점과 차이점
* 공통점 : 물이 수증기로 상태가 변하여 공기 중으로 흩어짐.
* 차이점
- 증발 : 물 표면에서 물이 수증기로 상태가 변함, 물의 양이 매우 천천히 줄어듦.
- 끓음 : 물 표면과 물속에서 물이 수증기로 상태가 변함, 증발보다 물의 양이 빠르게 줄어듦.
* 액체의 끓는점은 일정한 용기 안의 기압이 외부의 기압과 같아질 때이다.
냄비안에 물을 넣고, 불을 올리면 냄비안의 기압은 냄비밖의 기압보다 공기의 양이 적기 때문에 작을 수밖에 없다.
온도를 높여서 물의 부피가 줄어들고, 물이 증발되면서 수증기의 양이 증가되어 압력이 증가되고, 순간적으로
냄비안의 기압이 냄비밖의 기압과 같아질 때 액체는 끓게된다. (비문학에서 이와같이 잘 나옵니다. 매우 중요.)
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