사라졌다 나타나고, 녹았다 다시 굳고

음식에 단맛을 내고 싶을 때는 설탕을 넣고, 짠맛을 내고 싶을 때는 소금을 넣는다. 설탕이 단맛을 내고 소금이 짠맛을 내는 것은 설탕과 소금이 갖고 있는 고유의 성질이다. 손톱에 바른 매니큐어를 물로는 지울 수 없지만 아세톤으로는 지울 수 있는데, 이것 또한 아세톤의 고유한 성질이다. 상태가 달라지면 물질의 고유한 성질은 어떻게 될까? 다음 활동을 통해서 알아보자.

변신하는 아세톤

1. 손톱 두 개에 매니큐어를 칠한 후 말린다. 화장용 아세톤을 묻힌 솜으로 매니큐어가 칠해진 손톱 하나를 문질러 보자.

2. 공기를 빼낸 비닐장갑에 아세톤을 3mL 정도 넣고 실로 입구를 묶는다.

3. 아세톤이 들어 있는 비닐장갑을 수조에 넣고 뜨거운 물을 붓는다.

4. 뜨거운 물에 담겨 있던 비닐장갑을 다른 수조에 넣고 찬물을 붓는다.

5. 비닐장갑에 아세톤이 모아지면 다시 솜에 묻혀서 매니큐어가 칠해진 손톱을 문질러 보자.

① 뜨거운 물에서 비닐장갑은 어떻게 달라지는가? 비닐장갑 속의 아세톤은 어떻게 변하는가?

뜨거운 물 속에서 비닐장갑은 빵빵하게 부풀어 오른다. 비닐 장갑 속의 아세톤의 양은 줄어든다.

② 찬물에서 비닐장갑은 어떻게 달라지는가? 비닐장갑 속의 아세톤은 어떻게 변하는가?

찬물에서 비닐장갑은 거의 처음처럼 납작해진다. 비닐 장갑 속의 아세톤 양은 뜨거운 물에 있을 때보다 많아졌다.

③ 사라졌다 다시 나타난 아세톤으로 매니큐어를 지우면 잘 지워지는가?

잘 지워진다.

액체 상태의 물질이 기체 상태로 변하는 것을 기화라 하고, 기체 상태의 물질이 액체 상태로 변하는 것을 액화라 한다. 젖은 빨래가 마르거나 주사를 맞기 전에 바른 소독용 알코올이 금방 사라지는 것은 물이나 알코올이 기화하는 현상이다. 한편 차가운 음료수가 들어 있는 유리컵 표면에 물방울이 맺히거나 하늘에 구름이 생기는 것은 공기 중에 있던 수증기가 액화하는 현상이다.

액체 상태의 아세톤이 기체 상태가 되었다가 다시 액체 상태가 된 후에도 매니큐어를 잘 지우는 것으로 보아 아세톤의 성질이 달라지지 않았다는 것을 알 수 있다. 이처럼 물질 고유의 성질이 그대로 유지되면서 고체, 액체, 기체로 상태만 달라지는 것을 상태 변화라 한다.

기체와 액체 사이뿐만 아니라 고체와 액체 사이에도 상태 변화가 일어난다. 고체 상태의 물질이 액체 상태로 변하는 것을 융해라 하고, 액체 상태의 물질이 고체 상태로 변하는 것을 응고라 한다. 뜨거운 용광로에서 철이 녹거나 양초에 불을 붙이면 촛농이 생기는 것은 융해 현상이다. 한편 흐르던 용암이 시간이 지나면서 굳는 것이나 녹았던 초콜릿이 굳는 것은 응고 현상이다.

녹지않고 사라진다

아이스크림 케이크를 사면 흰색 고체인 드라이아이스와 함께 포장을 해 준다. 집에 도착해 보면 녹은 흔적이 없는데도 드라이아이스의 양이 많이 줄어 있거나 어떤 때는 완전히 없어지기도 한다. 이것은 고체 상태의 드라이아이스가 액체 상태를 거치지 않고 바로 기체 상태인 이산화탄소로 변하여 눈에 보이지 않게 된 것이다. 이처럼 고체 상태의 물질이 기체 상태로 변하는 것을 승화라 한다. 겨울철 응달에 쌓인 눈이 녹지 않고 점점 줄어드는 것이나 옷장에 걸어 놓은 나프탈렌이 흔적 없이 사라지는 것은 승화 현상이다. 또한 늦가을 이른 아침에 들판에 하얗게 붙어 있는 서리나 겨울철 창문에 낀 성에는 공기 중의 수증기가 고체 상태의 얼음으로 변한 것이다. 이와 같이 기체 상태의 물질이 고체 상태로 변하는 것도 승화라 한다.
공기 중의 수증기가 승화하는 현상을 이용하여 실험실에서 눈을 만들어 보자.

여름에 내리는 눈

1. 500mL 페트병에 물을 조금 붓고 흔든 뒤 물을 버린다.

2. 지우개 조각을 실 끝에 매달아 페트병 안으로 늘어뜨린 후 입구를 고무마개로 막는다.

3. 페트병을 드라이아이스가 들어 있는 아이스박스에 넣어 20분 정도 기다리면서 실 주위에 나타나는 변화를 관찰해 보자.

① 아이스박스에 들어 있는 드라이아이스에는 어떤 변화가 일어나는가?

아이스박스에 넣은 드라이아이스는 시간이 지나면서 점차 양이 줄어든다. 그러나 아이스박스 아래 쪽을 관찰해 보면 액체로 녹은 것이 없다.

② 실 주위에는 어떤 변화가 나타나는가?

실 주위에 하얗게 결정이 생긴다.