온도가 변할 때 생기는 현상 - 물질의 상 변화

온도가 변할 때 생기는 현상 - 물질의 상 변화

온도가 변할 때 생기는 현상 - 물질의 상 변화

온도가 달라질 때 생기는 변화 세 번째는 물질의 상이 바뀐다는 것입니다. 물의 경우 얼음이나 수증기로 바뀌는 거 또 마시멜로가 녹아서 흐르거나 기체 상태가 되어서 달콤한 냄새를 풍기는 것, 이것이 그 예라고 할 수 있죠. 흥미로운 사실은 부피가 팽창하는 것은 온도에 따라서 서서히 연속적으로 변하는 현상이지만 물질의 상이 바뀌는 것은 좀 다릅니다. 특정 온도 이하에서는 모두 고체 상태로 있다가 특정 온도를 넘어가는 순간 모두가 액체 상태로 바뀝니다. 온도에 대한 이런 불연속적인 특성 변화를 두고 우리가 상이 변한다고 말합니다. 이런 상 변화는 물리학적으로 굉장히 흥미로운 부분이 많고 연구가 많이 되고 있습니다. 마시멜로를 굽다가 불꽃에 너무 가까이 다가가면 이렇게 새까맣게 타버리고 못 먹고 버려야 되는데요. 마시멜로가 뜨거워서 부풀거나 말랑말랑 해지는 경우 또 녹은 경우에는 다시 식히기만 하면 대부분 원래 모습으로 돌아오는데요. 이렇게 한번 타버린 마시멜로는 식힌다고 해서 복구가 되지 않습니다.

화학적 변화

이 앞의 변화들은 물리적 변화라고 부르고 이렇게 타는 현상은 화학적 변화라고 부릅니다. 마시멜로를 이루고 있는 분자들의 성분 자체가 바뀌어버린 것입니다. 알다시피 마시멜로 안에 들어있던 수소와 산소가, 공기 중의 수소와 탄소가 공기 중의 산소와 결합해서 새로운 분자로 바뀌는 것이죠. 일부는 이산화탄소가 물이 돼가지고 날아갔겠지만 일부는 이렇게 검고 딱딱한 물질이 되어서 남아있습니다. 물체의 온도가 계속 올라가면 진동이 너무 심해져서 기존의 분자들이 해체가 됩니다. 그리고 기존에 주변에 있던 다른 분자들과 새로운 방식으로 결합해서 새로운 화학물질을 만들어낼 수 있다는 거죠. 즉, 이렇게 온도를 높인다는 것은 일종의 혁명과 같습니다. 기존의 체계를 흔들고 기존 질서에 안주하지 못하도록 함으로써 새로운 조합, 새로운 구조를 찾아나서도록 재촉합니다. 그리고 온도가 내려가고 차분해지고 나면 이 세상은 새로운 구조로 바뀌어 있기도 하고 또는 간혹 예전 질서로 다시 복귀해있기도 하는 것입니다. 사람들은 온도를 조절해서 끊임없이 새로운 물질을 만들어내기도 하고 거기서 일어나는 새로운 현상을 탐구하고 있습니다. 전기난로의 스위치를 켜거나 차를 뜨겁게 달구면 벌건 빛을 내는 것을 볼 수가 있습니다. 이렇게 대부분의 물체는 온도가 오르면 빛을 내기 시작합니다. 우리는 너무 뜨겁거나 너무 차가운 물체는 가능하면 손을 대지 않으려고 합니다.

왜 뜨겁거나 차가운 것이 우리에게 해를 끼치는 걸까요?

이제 여러분은 이 질문을 조금 더 과학적으로 이렇게 바꿔볼 수 있겠습니다. 분자운동이 너무 활발한 물체 또 분자운동이 너무 둔한 물체, 왜 손을 대면 위험한 것일까? 일단 온도가 높은 물체에 손을 대면 그 분자들의 심한 진동이 제 피부 분자들에 전해지고 따라서 제 피부에 있는 분자들이 강하게 진동하게 되겠죠. 반대로 진동이 거의 없는 물체, 절대 영도에 가까운 물체에 손을 대면 제 손에서 진동하고 있던 분자들이 점점 느려지고 대신 그 에너지가 이 녀석들한테 넘어가면서 물체의 분자들이 진동합니다. 결국 제 피부의 분자들의 진동이 멈추는 것이 문제가 되는 거죠. 제 피부는 이와 같은 세포로 이루어져 있습니다. 세포 안에는 물질이동되고 분해되고 합성되는, 이런 복잡한 일들이 쉴 새 없이 일어나고 있는데요. 이 일이 잘 일어나기 위해서는 모든 분자들이 적당한 세기로 흔들리고 있어야만 합니다. 우리가 체온을 36. 5도로 유지하는 이유입니다. 그런데 뜨거운 물체를 만져서 이 분자들이 너무 심하게 진동하면 세포가 하는 일이 엉망이 되고 내부 구조가 망가지기 시작합니다. 진동이 극도로 심해지면 모든 구조들이 다 해체되거나 새로운 분자들로 재조합돼버려서 전혀 다른 화학구조를 갖게 되는 거죠. 이렇게 되면 다시 차가운 곳에 둔다고 하더라도 복구가 안 되고 세포가 영원히 죽어버리는 것입니다. 차가운 물체를 너무 오래 만져도 마찬가지로 이번에는 세포 활동이 정지해버리고 필요한 영양소가 전달된다든지 신호전달이 끊기면서 세포가 다시 복구할 수 없는 상태가 됩니다. 즉, 우리들 몸의 세포는 늘 적당한 정도로 진동하고 있어야만 됩니다. 여기까지 온도가 변할 때 일어나는 현상들을 알아보았습니다.