물과 액체의 놀라운 세계! 온도 변화와 밀도 이야기

 

물과 관련된 주제인만큼 과학이야기를 먼저 해볼게요. 우리 주변엔 다양한 물질들이 존재하는데 이 중에서도 액체 상태의 물질들을 통칭해서 '액체'라고 부릅니다. 그리고 이러한 액체상태의 물질중 대표적인것이 바로 ‘물’이죠. 물의 성질은 매우 특이한데요, 온도나 압력 등 외부환경에 따라서 부피가 변한다는 점입니다. 예를들어 얼음덩어리를 상온에 놔두면 녹아서 물이 되는데 이때 녹는 과정에서 부피가 팽창하게 됩니다. 반대로 따뜻한 물에 넣으면 다시 고체화되면서 부피가 줄어들게 되죠. 이렇게 환경에 따라 부피가 변하는 현상을 ‘융해’라고 합니다. 또한 융해과정에서 분자 사이의 간격이 멀어지면서 분자사이의 인력이 약해져 끓는점이 낮아지게 되고 결국 기화가 일어나게 됩니다. 이것을 ‘승화’라고 하죠. 즉, 기체->액체->고체 순으로 변하게 된다는 말입니다.

 

온도변화에 따른 물의 부피변화는 왜 일어나나요?
우리가 일상생활에서 접하는 대부분의 물체는 고체이고, 일부만이 액체 혹은 기체이기 때문에 쉽게 이해하기 위해서는 우선 고체와 액체, 기체라는 용어 정의부터 짚고 넘어가야겠죠? 고체란 일정한 모양을 가지고 있고, 다른 형태로 변형되지 않는 특성을 가진 물질이며, 액체는 흐르는 성질을 가지며 스스로 모양을 바꿀 수 있는 물질이에요. 마지막으로 기체는 눈에 보이지 않고 만질수도 없지만 자유롭게 움직일 수 있는 특징을 가집니다. 그렇다면 이제 본격적으로 위에서 언급한 내용을 살펴볼게요. 앞서 말씀드린 바와 같이 차가운 물에서는 열에너지를 흡수하면서 표면장력이 커지게 되어 작은 물방울(얼음)이 만들어지는데요, 이를 빙정설이라고 합니다. 하지만 뜨거운 물에서는 수증기가 되면서 증발열을 방출하며 점점 크기가 커져 큰 물방울이 생성되는데 이를 병합설이라고 합니다. 두 가지 설 모두 같은 원리이지만 서로 다른 결과를 가져오게 된거죠.

 

왜 섭씨 100도 이상에서만 끓나요?
끓는다는 것은 액체가 기체로 변하는 현상을 말하는데요, 모든 액체는 끓기 위한 조건을 갖추고 있지만 예외적으로 특정 온도 이하에서는 끓어오르지 않습니다. 그것은 각 액체마다 끓는점이 다르기 때문인데요, 만약 어떤 액체가 80도에서 끓고 있다면 90도까지만 가열해도 충분히 끓어오를 수 있다는 뜻이겠죠? 그렇기 때문에 실제로 많은 실험실에서 여러가지 종류의 액체를 이용하여 끓이는 실험을 진행하곤 하는데요, 아무리 높은 온도로 가열하여도 절대 끓어오르지 않는 액체가 있다고 해서 화제가 되기도 했습니다. 과연 그런 액체가 있을까요? 정답은 네! 입니다. 바로 알코올이라는 액체인데요, 알코올은 78~80도 부근에서 갑자기 끓어올라 순식간에 증기가 된다고 하네요.

 

그렇다면 어떻게 하면 밀도가 작아지나요?
밀도란 단위부피당 질량을 의미하는데요, 밀도는 순수한 물질의 경우 1g/cm3 이지만 공기처럼 다른 물질이 섞여있는 혼합물의 경우에는 각각의 성분비에 따라 달라집니다. 그러므로 똑같은 양의 물이라도 불순물이 많을수록 무거워지겠죠? 그래서 바닷물 속 소금성분이 많으면 그만큼 해수면이 높아지게 된답니다. 한편으로는 지구상에 존재하는 원소 가운데 수소 다음으로 무거운 금속원소인 철광석 역시 비중이 2.7이므로 바다 밑에 가라앉아 있답니다. 반면에 가벼운 금이나 은같은 귀금속은 지표면 가까이 떠다니죠.

오늘은 재미있는 물의 세계에 대해 알아보는 시간이었습니다.

앞으로도 흥미로운 주제로 여러분께 찾아뵙겠습니다.

감사합니다!