일반화학 - 물의 상태변화와 부피변화
분야
hwp2. 물의 구조
3. 물의 상태 변화 부피
4. 물이 아닌 다른 물질의 상태 변화에 따른 특성
5. 물이 고체의 부피가 액체의 부피보다 큰 이유
6. 물 이외에 물과 같은 성질을 내는 물질
7. 결론
8. 출처
다른 화합물과 다르게 물은 고체상태에서의 부피가 액체상태에서의 부피보다 더 크다. 물의 구조가 다른 화합물과 어떻게 다른지 이해하며 물이 고체상태에서 액체상태보다 부피가 더 큰 이유를 이해한다.
2. 물의 구조
물의 화학식은 H₂O 이다 이는 산소 원자 하나에 수소 원자 2개가 결합된 것을 의미한다. O²⁻ 의 잉여 전자 2개가 H⁺의 빈 공간을 각각 채워주는 구조로 이루어져 있다. 이는 과학적 용어로 흔히 공유 결합이라고 하며 공유 결합의 정의는 원자간의 결합을 통해 전자를 서로 공유하면서 안정적인 전자배치를 이루는 것을 말한다. 또 물의 구조의 특별한 점은 수소 원자와 산소 원자 사이에 수소 결합이 존재한다는 것이다. 수소 결합이란 전기 음성도가 큰 물질( F - 플루오르, O - 산소, N - 질소 등...)과 수소 원자가 직접 결합해 큰 인력을 발생시키는 것을 말하며 이는 공유 결합으로 발생하는 인력의 1/10 정도의 힘으로서 다른 원자들 사이에 발생하는 힘에 비해서 큰 힘이라고 할 수 있다. 물의 구조 중 또 다른 특별한 점은 굽은형 구조를 하고 있다는 것이다. 이는 수소 원자의 최외각 전자중 산소 원자와 결합하지 못한 나머지 최외각 전자 사이에 작용하는 반발력 때문이라고 정리할 수 있다. 이로서 수소 원자 사이의 각은 104.5゜가 된다.
3. 물의 상태 변화 부피
물의 상태변화는 다른 물질과 다르지 않다. 크게 고체, 액체, 기체로 나뉘어 지며 이를 세부적으로 나누면 고체에서 액체가 되는 액화상태의 0゜c 일때와 액체에서 기체가 되는 액화상태의 100゜c 도 포함될 수 있다.
0゜c 이하일때는 물은 고체 상태로 흔히 얼음이라고 부른다. 0゜c 가 되면 고체 상태와 액체 상태가 공존하는 상태이다. 0゜c 이상일때 물은 액체 상태가 되며 이는 우리가 흔히 말하는 물을 말한다. 100゜c 에 도달했을 때 액체상태의 물과 기체 상태의 수증기가 공존하는 상태가 되며 100゜c 이상으로 온도가 올라가면 물은 기체 상태가 된다. 고체 상태에서 액체 상태로의 변화를 액화라고 칭하며 액화를 위해서는 열이 필요하다. 이를 액화열이라고 부른다. 마찬가지로 액체 상태의 물을 기체 상태로 상태변화 시키는 것을 기화라고 칭하며 기화를 위해서는 열이 필요하다. 이를 기화열이라고 부른다.
물의 상태 변화에 따른 부피변화를 보면 기체 > 고체 > 액체 순이다.
4. 물이 아닌 다른 물질의 상태 변화에 따른 특성
물이 아닌 다른 물질의 상태 변화에 대하여 알아보자. 첫 번째로 고체 상태일때다. 고체 상태일때의 분자배열 상태는 매우 규칙적이고 간격이 좁다. 분자의 운동 상태는 제자리에서 진동운동 하는 정도로 거의 미약하다고 볼 수 있다. 분자간의 인력은 다른 상태일때보다 강하다.
두 번째로 액체 상태일때다. 액체 상태일때의 분자배열 상태는 고체보다 불규칙 하고 간격이 넓다. 분자의 운동 상태는 정해진 부피 안에서 고체 상태일때 보다 조금 더 활발한 운동 상태를 보인다 하지만 그 범위는 제한적이다. 분자간의 인력은 고체 상태일 때보다 약간 더 작용한다고 할 수 있다.
세 번째로 기체 상태이다. 기체 상태에서의 분자배열 상태는 매우 불규칙 하며 간격도 매우 넓다. 분자의 운동 상태는 매우 빠르고 자유롭다. 또 범위의 제한도 거의 없다고 볼 수 있다. 이로서 우리는 모든 범위에서 공기를 느낄 수 있게 되는 것이다. 분자간의 인력은 거의 작용하지 않는다.
