【화학】 8강. 물질의 상태

8강. 물질의 상태

 

추천글 : 【화학】 화학 목차

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1. 물질의 상태 [본문]

2. 상태변화 [본문]

3. 상도표 [본문]

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1. 물질의 상태 [목차]

⑴ 물질의 상태 : 일반적으로 세 가지로 분류. 제4의 상태도 존재함

① 기체

② 액체

③ 고체

④ 플라스마 상태(plasma state)

○ 정의 : 원자나 분자가 상당한 양으로 이온화되어 있는 전기적으로 중성인 전도성 기체 혼합물

○ 보통 기체 방전 시에 형성됨

○ 제4의 상태 (예 : 불, 번개). 고온의 상태에서 이온이 유체처럼 흐르는 것

○ 우주의 99%를 구성

○ 반도체, LCD, PDP, 핵융합 기술에 사용됨

⑵ 임계점

① 임계온도(critical point)

○ 정의 : 액체가 존재할 수 있는 최대 온도

○ 제4의 상태, 플라스마 상태가 되기 시작하는 온도

○ 이 온도 이상에서는 모든 운동에너지가 무조건 최대 인력(반발력 고려)보다 커서 더이상 유체라 할 수 없음

○ 이산화탄소의 임계온도는 31 ℃ → 겨울철에 소리가 나는 소화기가 여름철에 소리가 나지 않는 이유

② 초임계유체(supercritical fluid)

○ 정의 : 임계점 이상의 온도와 압력에 놓인 물질 상태

○ 기체에 비해 밀도가 높지만 액체가 아닌 상태

○ 기체의 성질(확산성)과 액체의 성질(용해성)이 관찰됨

 

 

2. 상태변화 [목차]

⑴ 상태변화

① 액화, 기화 

② 융해, 응고

③ 승화

④ 용해

○ 예 1. 잠수병(decompression sickness)

○ 정의 : 스쿠버 다이버들이 잠수를 한 뒤 너무 빠르게 물 위로 올라가면 사망 등에 이를 수 있는 증상

○ 원인 : 물 속에서는 압력이 높아 기체가 혈중에 녹지만 올라오면서 다시 기화되어 거품이 발생

○ 방지법 1. 10 ~ 20 m/min으로 천천히 올라오기

○ 방지법 2. 특수한 기기 도입

⑵ 끓는점

① 분자간 인력 증가 → 끓는점 증가

② 표면적 : 탄소 사슬의 길이가 길수록, 치환기 가지가 적을수록 분자간 인력 증가 → 끓는점 증가

③ 편극성 : 편극성이 좋을수록(원자반지름↑, 표면적↑) 분자간 인력 증가 → 끓는점 증가

⑶ 녹는점 : 어는점이라고도 함

① 분자간 인력 증가 → 녹는점 높음

② 표면적 : 탄소 사슬의 길이가 길수록, 치환기 가지가 적을수록 분자간 인력 증가 → 녹는점 증가

③ 대칭성 : 대칭성으로 인해 결정격자의 쌓임이 좋으면 고체에서 액체로 변환하는데 필요한 에너지가 커짐

○ 예 : 트랜스지방

⑷ 상태변화 시 잠열의 출입

① 현열(sensible energy) : 온도 변화를 시키는 열

② 잠열(latent energy) : 온도 변화 없이 상태가 변할 때 흡수, 방출하는 열량

③ 물의 잠열

○ 융해잠열 = 80 kcal / kg

○ 증발잠열 = 539 kcal / kg

⑸ 고체의 겔-졸 변환 : 합성고분자에서 중요함

 

출처 : 서울대학교 생체역학

Figure. 1. PGA의 함량과 녹는점 및 겔-졸 전이온도^]

 

 

3. 상도표(phase diagram) [목차]

⑴ 물의 상도표

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 2. 물의 상도표^]

 

① 물의 삼중점(triple point) : 0.009 ℃, 4.58 mmHg

① 고체-액체 기울기 : 일반적인 상평형도는 양의 기울기를 가지는 반면, 물은 음의 기울기를 가짐

○ 4개 상을 갖는 주석도 비슷한 양상을 가짐

○ 특징 : 일반적으로 압력이 증가하면 녹는점이 증가하나, 물은 압력이 증가하면 녹는점이 감소

○ 원인 : 응고 시 부피팽창을 하기 때문

② 물의 밀도 비교

○ 0 ℃ 근처에서 물이 얼음보다 밀도가 큼

○ 얼음이 물이 될 때 갑작스럽게 밀도 증가

○ 물은 4 ℃ 정도에서 육각결정의 수가 최대가 되어 밀도가 최대가 됨

③ 빙하의 상평형도 : 육각고리가 찌그러져 있는 형태 → 밀도 ↑

⑵ 탄소의 상도표

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 3. 탄소의 상도표^]

 

① 탄소는 4개의 상이 존재

② 밀도 비교 : 다이아몬드 > 흑연 > 액체 > 기체

⑶ 황의 상도표

 

출처 : 2013 MEET

Figure. 4. 황의 상도표^]

 

⑷ 철의 상도표

 

출처 : 2012 MEET

Figure. 5. 철의 상도표^]

 

⑸ 주석의 상도표 

① 난방이 되지 않는 교회의 주석 오르간 파이프는 백색 주석에서 회색 주석으로 변질되는 "주석병"을 일으킴

 

입력: 2019.01.14 19:03

수정: 2020.03.20 09:04