개념 정리
물질의 세 가지 상태 (고체/액체/기체)
단원 개요
모양과 부피가 일정한 고체, 흐르는 성질을 가진 액체, 공간을 가득 채우는 기체의 입자 배열 차이와 열에너지 출입에 따른 6가지 상태 변화를 배웁니다.선수 개념
필수 키워드:고체(Solid)액체(Liquid)기체(Gas)분자모양일정함변함부피흐르는 성질있음 (유동성)
유물과 표본
사진은 출처와 이용 조건을 확인한 경우에만 표시합니다.
사진 출처·이용 조건 확인 중
1
고체, 액체, 기체의 성질과 입자(분자) 배열 비교
우리 주변의 모든 물질은 온도와 압력 조건에 따라 고체(Solid), 액체(Liquid), 기체(Gas)의 세 가지 상태로 존재합니다. 각 상태의 성질 차이는 물질을 이루는 눈에 보이지 않는 작은 입자(분자)들의 배열과 인력 차이에서 비롯됩니다.
| 구분 | 고체 (예: 얼음, 돌, 나무) | 액체 (예: 물, 우유, 식용유) | 기체 (예: 수증기, 공기, 산소) |
|---|---|---|---|
| 모양 | 일정함 (담는 그릇이 바뀌어도 불변) | 변함 (담는 그릇의 모양을 따름) | 변함 (그릇 전체로 퍼짐) |
| 부피 | 일정함 (압력을 가해도 거의 불변) | 일정함 (압력을 가해도 거의 불변) | 변함 (압력을 가하면 쉽게 압축됨) |
| 흐르는 성질 | 없음 | 있음 (유동성) | 있음 (유동성) |
| 입자 배열 및 거리 | 입자들이 매우 규칙적이고 빽빽하게 정렬되어 제자리 진동만 함 | 입자 간 거리가 가깝지만 불규칙하고 비교적 자유롭게 자리 이동 | 입자 간 거리가 매우 멀고 사방으로 매우 빠르고 자유롭게 날아다님 |
주의할 점
밀가루, 설탕, 소금, 모래처럼 작은 가루 물질은 그릇에 따라 겉모양이 바뀌고 쏟아지지만, 알갱이 하나하나의 모양과 부피가 변하지 않으므로 액체가 아니라 '고체'입니다!2
열에너지 출입과 6가지 상태 변화 공식
물질에 열을 가하거나(가열) 열을 빼앗으면(냉각) 입자들의 운동 빠르기와 입자 사이의 거리가 달라지면서 상태가 변합니다:
1
열을 흡수하는 변화 (입자 운동 활발, 부피 증가):
•
융해(Melting): 고체 액체 (얼음이 녹아 물이 됨, 양초가 녹음)
•
기화(Vaporization): 액체 기체 (젖은 빨래가 마름, 물이 끓어 수증기가 됨)
•
승화(Sublimation, 고기): 액체를 거치지 않고 고체 기체 (드라이아이스 크기가 작아짐, 영하의 겨울날 언 빨래가 마름)
2
열을 방출하는 변화 (입자 운동 둔화, 부피 감소):
•
응고(Freezing): 액체 고체 (물이 얼어 고드름이 됨, 녹은 촛농이 굳음)
•
액화(Condensation): 기체 액체 (차가운 음료수 캔 표면에 물방울이 맺힘, 새벽 풀잎에 이슬이 맺힘)
•
승화(Deposition, 기고): 기체 고체 (늦가을 새벽 공기 중 수증기가 얼어 서리가 내림, 냉동실 벽에 성에가 낌)
풀이
1) 질량: 상태가 변하더라도 물질을 이루는 분자의 종류와 개수는 변하지 않으므로, 물과 양초 모두 응고 전후의 '질량은 일정하게 보존'됩니다.
2) 일반 물질(양초): 액체에서 고체로 될 때 입자들이 촘촘하게 모여 입자 간 거리가 줄어들므로 '부피가 감소'하고 가운데가 오목하게 들어갑니다.
3) 예외 물질(물): 물은 얼음이 될 때 수소 결합에 의해 빈 공간이 많은 육각형 결정 구조를 형성하므로, 예외적으로 '부피가 약 9~10% 증가'하여 얼음 표면이 볼록하게 솟아오릅니다.
3
기체의 압축 실험과 자주 틀리는 오개념
주사기 안에 공기를 넣고 끝을 막은 뒤 피스톤을 누르면 부피가 쉽게 줄어들지만, 물을 넣고 누르면 피스톤이 전혀 들어가지 않습니다. 이는 기체 분자 사이의 빈 공간이 액체에 비해 수천 배나 넓어 압력을 가하면 분자 사이의 거리가 줄어들기 때문입니다 (단, 분자 자체의 크기가 줄어드는 것은 절대 아닙니다!).
자주 틀리는 오개념 정리:
1
"물이 끓을 때 주전자 주둥이에서 보이는 하얀 김은 수증기(기체)이다?" 오개념입니다! 순수한 수증기( 기체)는 눈에 보이지 않는 투명한 기체입니다. 눈에 보이는 하얀 김이나 구름, 안개는 수증기가 찬 공기를 만나 액화되어 공중에 떠 있는 작은 물방울(액체)입니다.
2
"물을 가열하여 수증기가 되면 부피가 커지므로 질량도 늘어난다?" 오개념입니다! 물이 수증기로 기화하면 입자 사이의 거리가 멀어져 부피는 약 1,700배 이상 팽창하지만, 입자의 개수는 그대로이므로 질량은 변하지 않습니다.
학습 도움말
유리병에 물을 가득 채워 냉동실에 넣으면 병이 깨지는 이유는, 물이 얼음으로 응고할 때 예외적으로 부피가 늘어나고 밀도가 작아지기 때문입니다.핵심 요약
- ✓고체는 모양과 부피가 일정하고, 액체는 담는 그릇에 따라 모양만 변하며, 기체는 모양과 부피가 모두 변한다.
- ✓상태가 변할 때 입자의 배열과 입자 사이의 거리(부피)는 변하지만, 입자의 크기와 개수(질량)는 변하지 않는다.
- ✓대부분의 물질은 고체 < 액체 < 기체 순으로 부피가 크지만, 물은 예외적으로 액체(물)보다 고체(얼음)의 부피가 더 크다.
- ✓눈에 보이는 하얀 김, 구름, 안개는 기체(수증기)가 아니라 수증기가 응결(액화)된 작은 액체 물방울이다.