물질, 물질의 형태 (미시적 속성에 기반함)
일상생활에서 우리는 흔히 세 가지 형태의 물질을 접하게 됩니다. 고체(예: 암석, 철 등 ) , 액체(예: 물, 휘발유 등 ) , 기체(예: 공기 등 ) 가 그것입니다 . 이 세 가지 물질은 모양과 크기(여기서 크기는 부피를 의미)를 유지하는 능력에 따라 구분할 수 있습니다 .
고체는 일반적으로 일정한 모양과 부피를 유지합니다. 액체는 일정한 모양을 유지하지 않고, 담겨 있는 용기에 따라 모양이 변합니다. 예를 들어, 물을 유리잔에 담으면 유리잔 모양대로 변합니다. 욕조에 물을 넣으면 욕조 모양대로 변합니다. 하지만 구멍 난 비닐봉지에 넣으면 물이 쏟아지겠죠... 하하 ... 액체 의 부피는 일반적으로 일정합니다. 유리잔에 담긴 물을 욕조에 넣어도 물의 부피는 유리잔에 담았을 때와 같습니다. 물의 모양은 변할 수 있지만 부피는 절대 변하지 않습니다. 고체와 액체의 부피는 매우 큰 힘이 가해질 때만 변할 수 있다는 점을 기억해야 합니다.
그렇다면 기체는 어떨까요? 기체는 고정된 모양이나 부피를 가지고 있지 않습니다. 기체의 모양과 부피는 항상 담겨 있는 용기의 모양과 부피에 따라 변합니다. 예를 들어, 자동차 튜브에 가스를 넣으면 튜브처럼 가스의 모양도 변합니다. 부피도 마찬가지입니다. 타이어 안에 들어가면 가스는 타이어 전체를 채우도록 퍼져 나갑니다 . 이 경우, 타이어의 부피처럼 가스의 부피도 변합니다. 풍선을 불면(공기를 넣으면) 풍선의 모양과 부피처럼 공기의 모양과 부피도 변합니다.
지금까지 우리는 물질의 세 가지 상태를 거시적인 특성(물질의 모양과 크기)에 따라 구분해 왔습니다. 물론 이는 우리가 일상적으로 측정하고 관찰한 결과에 기반한 것입니다. 이제 우리는 물질의 세 가지 상태를 미시적인 특성에 따라 구분해 볼 것입니다. 모든 물질은 원자 또는 분자로 이루어져 있습니다. 우리가 바위가 고체라고 말할 때, 바위를 고체로 만드는 내부의 원자나 분자에 어떤 일이 일어나는지는 결코 알 수 없습니다. 물이나 공기도 마찬가지입니다. 물을 구성하는 원자나 분자 중 어떤 부분이 액체 상태의 물 과 공기를 눈에 보이지 않게 만드는 것일까 요?
미시적 속성에 기반한 물질의 형태
고체, 액체, 기체의 미시적 특성에 따른 차이점을 논하기 전에, 먼저 다음 사항을 살펴보겠습니다 . 어떤 물체를 생각해 봅시다. 예를 들어, 돌멩이를 생각해 보세요. 돌멩이를 자세히 살펴보면 각 부분이 서로 붙어 있는 것을 알 수 있습니다. 발로 차거나 던져도 (매우 큰 힘이 가해지지 않는 한) 모양과 크기는 변하지 않습니다. 보통 돌멩이의 모든 부분은 항상 하나의 단위로 유지됩니다. 왜 그럴까요? 잠시 생각해 봅시다...
D돌 속에 있는 나 테르다팟 원자 또는 분자. 이제 한번 상상해 보세요… 돌멩이를 상상해 보세요. 그 돌멩이가 아주 작은 조각들로 이루어져 있다고 상상해 보세요. 그 돌멩이 조각들을 점점 더 작은 조각들로 나누어 보세요… 마침내 원자나 분자의 크기에 도달할 때까지. 원자를 작은 공이라고 상상해 보세요. 분자는… ~으로 구성된다 여러 개의 공이 서로 붙어 있습니다.
암석에는 아주 작은 분자나 원자가 많이 들어 있습니다. 암석 속 원자들을 상상해 볼 수 있나요?
원자 하나의 지름은 약 10⁻¹⁰ 미터 입니다 . 원자를 공이라고 상상해 보면, 그 공의 지름은 10⁻¹⁰ 미터 입니다 . 너무 작아서 맨눈으로는 볼 수 없고, 상상으로만 볼 수 있습니다. 분자는 원자들이 결합된 것이므로 원자보다 큽니다. 하지만 분자 역시 맨눈으로는 볼 수 없습니다.
이 작은 원자나 분자들이 하나의 단위로 뭉쳐 있을 수 있다는 게 참 신기하지 않나요? 만약 원자나 분자들이 하나의 단위로 뭉쳐 있지 않다면, 당연히 암석의 각 부분들이 서로 붙어 있지 않을 거예요. 사실, 암석의 각 부분들이 서로 붙어 있기 때문에 암석이 고체가 되는 거죠. 그렇다면 원자나 분자들은 왜 분리되지 않는 걸까요?
물론 원자나 분자는 서로 끌어당깁니다. 만약 원자나 분자가 서로 끌어당기지 않는다면, 당연히 사방으로 흩어졌을 것입니다. 각 원자나 분자는 친구와 헤어지게 되겠죠. 그렇게 되면 암석 조각들도 사방으로 흩어지게 되고, 결국 우리는 그것들을 볼 수 없게 될 것입니다. 암석 조각 역시 원자나 분자로 이루어져 있습니다. 원자의 크기는 매우 작아서, 만약 원자들이 분리된다면 당연히 우리는 그것들을 볼 수 없을 것입니다. 하지만 현실은 그렇지 않습니다.
바위는 단단해 보이며, 각 조각들이 서로 붙어 있습니다. 따라서 고체를 구성하는 원자나 분자들은 서로 끌어당긴다는 결론을 내릴 수 있습니다.
원자나 분자 사이의 인력 은 실제로 전자기력입니다. 이 인력 때문에 원자나 분자는 서로 가까워지려고 합니다. 충돌 직전에 원자나 분자의 가장 바깥쪽에 있는 전자들은 서로 반발합니다(전기적 반발). 이 반발력 때문에 원자와 분자는 뒤로 움직입니다. 하지만 원자나 분자는 뒤로 움직이더라도 인력 때문에 다시 서로 가까워집니다. 이런 식으로 원 자나 분자는 최소한의 거리를 유지하면서 앞뒤로 움직이며(진동하며) 있습니다.
고체, 액체, 기체의 미시적 특성에 따른 차이는 실제로 이 세 물질을 구성하는 원자 또는 분자 사이의 인력의 강약에 있습니다.
단단한
고체에서는 원자나 분자 사이의 인력이 매우 강해서 고체를 구성하는 원자나 분자는 항상 고정된 위치를 유지합니다. 고체 속의 원자나 분자는 앞뒤로 움직이지만(진동하지만), 항상 같은 위치에서 진동합니다.
고체를 구성하는 원자 또는 분자 사이의 강한 인력 때문에 고체의 모양과 부피는 항상 일정하게 유지됩니다. 던지거나 맞았다돌이나 철 조각의 모양은 원자나 분자 사이의 인력이 매우 강하기 때문에 바꾸기가 어렵습니다. 돌이나 철 조각을 양동이나 욕조에 넣어도 부피는 변하지 않습니다. 따라서 고체를 구성하는 원자나 분자 사이의 강한 인력이 고체를 서로 결합시키고 고체 상태를 유지하게 하는 원동력입니다.
일반적으로 고체를 구성하는 원자 또는 분자의 위치는 그림(결정 격자라고도 함)과 거의 같습니다. 이 그림은 확대된 것입니다. 원자 또는 분자는 매우 작습니다.
액체
액체에서는 원자나 분자 사이의 인력이 약해져서 자유롭게 움직이며 서로 겹쳐질 수 있습니다. 액체를 구성하는 원자나 분자는 마음대로 움직일 수 있지만, 서로 떨어져 나갈 수는 없습니다. 여전히 강한 인력이 작용하여 원자나 분자가 서로 떨어져 나가 흩어지는 것을 막기 때문입니다.
이것이 바로 액체의 모양은 변할 수 있지만 부피는 일정하게 유지되는 이유입니다. 물을 유리잔에 담으면 구성 원자 또는 분자 사이의 인력이 약해져서 물의 모양이 유리잔의 모양에 맞춰 변합니다. 마찬가지로 물을 욕조에 담으면 원자 또는 분자 사이의 인력이 약해져서 물이 욕조의 모양에 맞게 변형됩니다. V액체의 부피는 원자나 분자 사이의 인력이 여전히 작용하여 서로 결합되어 있기 때문에 항상 일정하게 유지됩니다. 단결합시다물 한 컵을 넣으면k욕조에 물을 부으면 물의 부피는 유리잔에 부었을 때와 똑같이 유지됩니다. 물을 구성하는 원자나 분자는 흩어지지 않기 때문에 부피는 항상 일정하게 유지됩니다.
액체를 구성하는 원자 또는 분자의 위치는 그림과 같습니다 ( 화살표는 이동 방향을 가리킵니다).
기체 물질
기체 상태에서는 원자나 분자 사이의 인력이 매우 약해서 원자나 분자들이 하나의 덩어리를 이룰 수 없습니다. 원자나 분자들 사이에 결합이 없기 때문에 자유롭게 움직일 수 있습니다. 이처럼 약한 인력 때문에 기체를 구성하는 원자나 분자들은 사방으로 흩어져 있습니다. 따라서 기체를 이루는 원자들은 고체나 액체를 이루는 원자들 보다 훨씬 자유롭게 움직입니다.
기체 물질을 구성하는 원자 또는 분자의 위치는 대략 다음과 같습니다. 통신망 Pada 그림.
기체 사이의 인력이 매우 약하기 때문에 기체의 모양과 부피가 변할 수 있고, 공기는 눈으로 볼 수 없는 것입니다. 원자나 분자는 크기가 너무 작아서 사방에 흩어져 있어도 눈으로 볼 수 없습니다. 모래나 설탕 알갱이는 원자나 분자보다 훨씬 크기 때문에 흩어져 있어도 눈으로 볼 수 있습니다. 물론 아주 자세히 보기는 어렵지만요.
고체와 액체는 구성 원자 또는 분자가 분리되지 않은 상태이기 때문에 눈으로 볼 수 있습니다. 고체와 기체는 강한 인력으로 인해 원자와 분자가 서로 결합되어 있습니다. 반면 기체는 인력이 매우 약해서 원자와 분자를 결합시킬 수 없습니다. 이처럼 약한 인력 때문에 기체 와 액체는 흐를 수 있습니다.
