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“너는 너무 물질적이야! 완전 물질만능주의라니까.”
“눈에 이물질이 들어가서 자꾸 눈물이 나.”
우리는‘물질’이라는 단어를 자주 사용한다. 국어사전에서‘물질’을 찾아보면 ①물체의 본바탕, ②‘재물’을 달리 이르는 말이라고 나와 있다. 그렇다면‘물질’이 뜻하는 과학적인 의미는 무엇일까? 공기, 축구공, 우유는 모두 물질일까? 만약 물질이라면 이들 사이에는 어떤 공통점과 차이점이 있을까?
물질의 세 가지 상태
과학적으로 물질은 무겁거나 가벼운 성질, 즉 무게를 갖고 일정한 공간을 차지하는 모든 것을 뜻한다.
축구공은 고체이며 모양과 부피가 일정하다. 우유는 액체이며 담는 그릇에 따라 모양이 달라지지만 원래의 부피는 변하지 않는다. 공기는 기체로 일정한 모양이 없으며, 어느 그릇에 담느냐에 따라 모양과 부피가 모두 변한다.
우리 주변에서볼수있는 물질은 모두 고체, 액체, 기체 가운데한가지 상태로 존재한다. 풍선 속에 들어 있는 공기는 기체이며, 분수대의 솟구치는 물줄기는 액체다. 또 얼음은 고체다. 여기서 물은 얼음, 물, 수증기 등의 세 가지 상태로 존재한다. 얼음을 가열하면 물이 되고, 물은 증발하여 수증기로 변한다.
식초의 일종인 아세트산은 상온(20℃)에서는 액체지만 온도가 16.7℃ 아래로 내려가면 고체로 변한다. 이처럼 물질은 언제나 같은 상태로만 있는 것이 아니라 온도에 따라 상태 변화가 일어난다.
고체도 액체도 기체도 아닌 물질?!
우주 공간에는 고체, 액체, 기체 상태가 아닌 제 4의 물질 상태, 플라즈마가 존재한다. 고체에 에너지를 가하면 액체, 기체가 되고, 수만 ℃에서 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라즈마 상태가 된다. 우리 생활에서 플라즈마를 이용하려면 이처럼 인공적인 조건과 상황을 만들어 줘야 한다. 하지만 우주 전체를 보면 플라즈마가 가장 흔한 상태로, 우주의 99%는 플라즈마 상태라고 추정된다. 우리가 접할 수 있는 플라즈마 상태는 번개나 극지방의 오로라, 형광등, 네온사인 등이 있다
물질의 상태 변화
가열하거나 차게 식혔을 때 물질의 상태가 액체에서 기체로, 혹은 고체에서 액체로 변하는 현상을 물질의 상태 변화라고 한다. 고체가 액체로 변하는 현상을 융해, 액체가 고체로 되는 현상을 응고라고 한다. 액체가 기체가 되는 것은 기화, 기체가 액체가 되는 것을 액화라고 한다. 일반적으로 고체를 가열하면 액체가 되고 액체는 다시 기체가 된다. 그러나 어떤 물질은 액체를 거치지 않고 고체에서 바로 기체로, 기체에서 직접 고체로 되기도 한다. 이러한 현상을 승화라고 한다.
아이스링크에서 데이트해요
깨순이: 아이스링크에서 스케이트를 탈 때 스케이트 날 밑의 얼음이 녹는 까닭은 뭘까?
깨돌이: 그건 스케이트 날이 얼음을 누르는 압력 때문이야.
깨순이: 물질의 상태 변화는 온도가 변할 때만 일어나는 거 아니야?
깨돌이: 상태 변화는 압력에 의해 일어나기도 해. 부탄가스를 봐. 원래는 기체 상태이지만 압축하면 쉽게 액화하지.
깨순이: 어! 정말~! 부탄 가스통을 흔드니 물이 출렁거리는 소리가 나네. 우리 깨돌이 오빠는 중학생이어서 그런지 너무너무 똑똑해!
쉽게 승화하는 물질
고체에서 기체로, 또는 기체에서 고체로 쉽게 승화하는 물질을 승화성 물질이라고 한다. 승화성 물질에는 드라이아이스나 나프탈렌, 요오드 등이 있다. 드라이아이스는 기체 이산화탄소를 압축하여 고체로 만든 냉각제다. 반투명한 흰색 고체며 식품 등의 냉각제로 사용한다. 나프탈렌은 흰색 고체로 상온에서도 승화하기 쉽고 방충제로 이용된다. 요오드는 광택이 있는 어두운 갈색 결정으로, 승화하면 기체는 자주색을 띤다. 독성이 강하며 바닷말에 많이 들어 있다.
클릭! 퍼즐
살아 있는 실험실
라면을 먹으며 과학을 생각해!
신나는 과학 요리 시간이야. 오늘 준비한 재료는 요리라고 하기에는 조금 머쓱한 라면 한 봉지와
노란 알루미늄 냄비야. 재료들을 자세히 한번 볼까?
라면의 생명인 꼬불꼬불한 면발, 국수처럼 잘 부서질 걱정도 없고 물과 닿는 표면적도 넓어 빨리 익게 해 준다.
야채수프, 당근이나 파가 언 상태에서 수분만 승화시켜 제거하면 초록, 주황 선명한 빛깔을 띠고 원래의 영양분도 그대로 유지한다. 진공상태에서는 식물을 얼린 상태 그대로 말릴 수 있다.
노란 알루미늄 냄비, 열전도성이 좋은 알루미늄으로 만들어 라면이 빨리 익는다.
냄비 뚜껑이 들썩거리며 뽀얀 김이 나기 시작했어. 냄비의 물이 보글보글 끓고 냄비 바닥에서는 기포가 하나 둘 올라오는군. 액체인 물이 끓어 기체인 수증기로 변하는 기화 현상이 일어나고 있어. 그런데 수증기와 김은 서로 다른 걸까? 물이 끓어 기체로 변하면 수증기가 되는데, 눈에는 보이지 않아. 수증기가 공기와 만나 작은 물방울로 변하면 흰색의 김이 되지. 따라서 냄비의 뚜껑에서 뿜어져 나오는 건 수증기가 아니라 김인 거알겠지?
이제 라면을 끓는 물에 넣어 볼까?
그런데 면이 먼저야? 수프가 먼저야?
물보다 소금물이 더 높은 온도에서 끓는다는 사실은 알고 있겠지? 그래서 수프를 먼저 넣어야 물의 끓는점이 올라가 면이 더 잘 익는다고 생각하기 쉬운데 사실과 달라. 면을 먼저 넣어야 면에 포함된 지방이 물에 녹으며 국물 맛을 살려 주거든. 또 수프를 먼저 물에 넣으면 오히려 잘 끓지 않아. 수프가 물에 완전히 녹는다면 소금물처럼 끓는점이 더 올라가겠지만 그게 아니라 알갱이 상태로 떠 있기 때문이야.
과학 공부도 좋지만 난 너무 배가 고프다고~! 라면을 끓이는 시간은 3분 내외로 잘 조절해야 해. 이제 맛있는 라면이 완성된 것 같으니 어디 한번 먹어 볼까?
“눈에 이물질이 들어가서 자꾸 눈물이 나.”
우리는‘물질’이라는 단어를 자주 사용한다. 국어사전에서‘물질’을 찾아보면 ①물체의 본바탕, ②‘재물’을 달리 이르는 말이라고 나와 있다. 그렇다면‘물질’이 뜻하는 과학적인 의미는 무엇일까? 공기, 축구공, 우유는 모두 물질일까? 만약 물질이라면 이들 사이에는 어떤 공통점과 차이점이 있을까?
물질의 세 가지 상태
과학적으로 물질은 무겁거나 가벼운 성질, 즉 무게를 갖고 일정한 공간을 차지하는 모든 것을 뜻한다.
축구공은 고체이며 모양과 부피가 일정하다. 우유는 액체이며 담는 그릇에 따라 모양이 달라지지만 원래의 부피는 변하지 않는다. 공기는 기체로 일정한 모양이 없으며, 어느 그릇에 담느냐에 따라 모양과 부피가 모두 변한다.
우리 주변에서볼수있는 물질은 모두 고체, 액체, 기체 가운데한가지 상태로 존재한다. 풍선 속에 들어 있는 공기는 기체이며, 분수대의 솟구치는 물줄기는 액체다. 또 얼음은 고체다. 여기서 물은 얼음, 물, 수증기 등의 세 가지 상태로 존재한다. 얼음을 가열하면 물이 되고, 물은 증발하여 수증기로 변한다.
식초의 일종인 아세트산은 상온(20℃)에서는 액체지만 온도가 16.7℃ 아래로 내려가면 고체로 변한다. 이처럼 물질은 언제나 같은 상태로만 있는 것이 아니라 온도에 따라 상태 변화가 일어난다.
고체도 액체도 기체도 아닌 물질?!
우주 공간에는 고체, 액체, 기체 상태가 아닌 제 4의 물질 상태, 플라즈마가 존재한다. 고체에 에너지를 가하면 액체, 기체가 되고, 수만 ℃에서 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라즈마 상태가 된다. 우리 생활에서 플라즈마를 이용하려면 이처럼 인공적인 조건과 상황을 만들어 줘야 한다. 하지만 우주 전체를 보면 플라즈마가 가장 흔한 상태로, 우주의 99%는 플라즈마 상태라고 추정된다. 우리가 접할 수 있는 플라즈마 상태는 번개나 극지방의 오로라, 형광등, 네온사인 등이 있다
물질의 상태 변화
가열하거나 차게 식혔을 때 물질의 상태가 액체에서 기체로, 혹은 고체에서 액체로 변하는 현상을 물질의 상태 변화라고 한다. 고체가 액체로 변하는 현상을 융해, 액체가 고체로 되는 현상을 응고라고 한다. 액체가 기체가 되는 것은 기화, 기체가 액체가 되는 것을 액화라고 한다. 일반적으로 고체를 가열하면 액체가 되고 액체는 다시 기체가 된다. 그러나 어떤 물질은 액체를 거치지 않고 고체에서 바로 기체로, 기체에서 직접 고체로 되기도 한다. 이러한 현상을 승화라고 한다.
아이스링크에서 데이트해요
깨순이: 아이스링크에서 스케이트를 탈 때 스케이트 날 밑의 얼음이 녹는 까닭은 뭘까?
깨돌이: 그건 스케이트 날이 얼음을 누르는 압력 때문이야.
깨순이: 물질의 상태 변화는 온도가 변할 때만 일어나는 거 아니야?
깨돌이: 상태 변화는 압력에 의해 일어나기도 해. 부탄가스를 봐. 원래는 기체 상태이지만 압축하면 쉽게 액화하지.
깨순이: 어! 정말~! 부탄 가스통을 흔드니 물이 출렁거리는 소리가 나네. 우리 깨돌이 오빠는 중학생이어서 그런지 너무너무 똑똑해!
쉽게 승화하는 물질
고체에서 기체로, 또는 기체에서 고체로 쉽게 승화하는 물질을 승화성 물질이라고 한다. 승화성 물질에는 드라이아이스나 나프탈렌, 요오드 등이 있다. 드라이아이스는 기체 이산화탄소를 압축하여 고체로 만든 냉각제다. 반투명한 흰색 고체며 식품 등의 냉각제로 사용한다. 나프탈렌은 흰색 고체로 상온에서도 승화하기 쉽고 방충제로 이용된다. 요오드는 광택이 있는 어두운 갈색 결정으로, 승화하면 기체는 자주색을 띤다. 독성이 강하며 바닷말에 많이 들어 있다.
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살아 있는 실험실
라면을 먹으며 과학을 생각해!
신나는 과학 요리 시간이야. 오늘 준비한 재료는 요리라고 하기에는 조금 머쓱한 라면 한 봉지와
노란 알루미늄 냄비야. 재료들을 자세히 한번 볼까?
라면의 생명인 꼬불꼬불한 면발, 국수처럼 잘 부서질 걱정도 없고 물과 닿는 표면적도 넓어 빨리 익게 해 준다.
야채수프, 당근이나 파가 언 상태에서 수분만 승화시켜 제거하면 초록, 주황 선명한 빛깔을 띠고 원래의 영양분도 그대로 유지한다. 진공상태에서는 식물을 얼린 상태 그대로 말릴 수 있다.
노란 알루미늄 냄비, 열전도성이 좋은 알루미늄으로 만들어 라면이 빨리 익는다.
냄비 뚜껑이 들썩거리며 뽀얀 김이 나기 시작했어. 냄비의 물이 보글보글 끓고 냄비 바닥에서는 기포가 하나 둘 올라오는군. 액체인 물이 끓어 기체인 수증기로 변하는 기화 현상이 일어나고 있어. 그런데 수증기와 김은 서로 다른 걸까? 물이 끓어 기체로 변하면 수증기가 되는데, 눈에는 보이지 않아. 수증기가 공기와 만나 작은 물방울로 변하면 흰색의 김이 되지. 따라서 냄비의 뚜껑에서 뿜어져 나오는 건 수증기가 아니라 김인 거알겠지?
이제 라면을 끓는 물에 넣어 볼까?
그런데 면이 먼저야? 수프가 먼저야?
물보다 소금물이 더 높은 온도에서 끓는다는 사실은 알고 있겠지? 그래서 수프를 먼저 넣어야 물의 끓는점이 올라가 면이 더 잘 익는다고 생각하기 쉬운데 사실과 달라. 면을 먼저 넣어야 면에 포함된 지방이 물에 녹으며 국물 맛을 살려 주거든. 또 수프를 먼저 물에 넣으면 오히려 잘 끓지 않아. 수프가 물에 완전히 녹는다면 소금물처럼 끓는점이 더 올라가겠지만 그게 아니라 알갱이 상태로 떠 있기 때문이야.
과학 공부도 좋지만 난 너무 배가 고프다고~! 라면을 끓이는 시간은 3분 내외로 잘 조절해야 해. 이제 맛있는 라면이 완성된 것 같으니 어디 한번 먹어 볼까?
