얼음이 녹아 물이 되고, 물이 끓어 김이 되고, 공기 중 수증기가 다시 이슬로 맺힌다. 옷장의 나프탈렌은 액체를 거치지 않고 사라지고, 추운 겨울 창문엔 하얀 서리가 직접 맺힌다. 여섯 가지 길로 물질은 모습을 바꾼다.
전 페이지에서 보았듯 고체·액체·기체는 입자의 거리·배열·운동의 차이일 뿐이다. 그렇다면 상태가 바뀐다는 것은 곧 입자들의 배열과 운동이 바뀌는 일이다.
예를 들어, 얼음(고체)이 물(액체)로 바뀐다는 것은 — 규칙적으로 배열되어 진동만 하던 물 분자가, 제자리를 벗어나 자유롭게 미끄러질 수 있게 되는 변화이다. 입자 자체가 변하는 것이 아니라, 입자 사이의 관계가 변할 뿐이다.
이 변화를 일으키는 것은 열에너지의 출입이다. 입자가 더 활발해지려면(고체→액체→기체) 외부에서 열을 받아야 하고, 입자가 덜 활발해지려면(기체→액체→고체) 열을 내보내야 한다. 모든 상태 변화는 이렇게 열의 흡수 또는 방출과 함께 일어난다.
고체·액체·기체 세 꼭짓점을 잇는 화살표가 모두 6개. 왼쪽 위로 갈수록 열을 흡수하는 변화, 오른쪽 아래로 갈수록 열을 방출하는 변화이다.
고체↔액체↔기체 사이를 오가는 여섯 가지 변화 — 우리 주변에서 매일 일어나는 일이다.
각 상태와 변화 과정에서 입자가 어떻게 배열되고 운동하는지 살펴보자. 탭을 클릭하면 상태가 바뀐다.
상태 변화는 실험실에서만 일어나는 일이 아니다. 등굣길, 부엌, 옷장, 화장실 — 모든 곳에서 마주친다.
음료에 넣은 얼음이 점점 작아지며 녹는다. 음료의 열이 얼음으로 이동해 입자 진동이 활발해진 결과.
액체 상태의 우유·크림이 냉동실에서 굳어 고체가 된다. 열이 빠져나가며 입자가 안정.
액체 물이 끓어 수증기로 변한 모습. 100°C에 도달하면 입자가 격렬히 액체를 벗어난다.
공기 중 수증기가 차가운 컵에 닿아 액체로 응결. 흔히 "이슬이 맺혔다"고 한다.
좀약(나프탈렌)이 시간이 지나면 액체 없이 사라진다. 고체에서 곧장 기체로.
공기 중 수증기가 매우 차가운 창문에 닿아, 액체 단계 없이 곧장 고체 결정으로 맺힌다.
드라이아이스는 이산화탄소(CO₂)를 고체로 굳힌 것이다. 상온에 두면 물처럼 녹는 단계 없이 곧장 기체 이산화탄소로 빠져나간다.
아이스크림 가게에서 드라이아이스를 본 적 있다면 — 그 흰 연기가 바로 차갑게 식은 수증기와 이산화탄소의 혼합이다. 액체를 만들지 않고 사라지므로 무대 효과·식품 운반에 쓰인다.
학습한 내용을 확인해 보자. 답을 누르면 즉시 해설을 볼 수 있다.