고체가 액체가 되고, 액체가 기체가 되고, 기체가 고체가 되고,....
이렇게 상태가 변화하는걸 상태변화라고 합니다.
결국 상태를 변화시키려면 입자들의 간격을 넓히거나 좁히면 됩니다.
예를 들어, 부탄가스
분명 '가스'인데 흔들어 보면 액체입니다.
왜죠?
기체들을 강제로 압축시켜서 액체로 만든 겁니다.
(간격이 좁아지니까)
혹은
열을 주거나 빼앗아서 입자들의 운동상태를 바꿔버리면 됩니다.
대표적으로 우리가 물을 끓여서 수증기로 만들고, 물을 얼려서 얼음으로 만드는 것이 있죠.
물을 끓인다는 것은 액체에 열에너지를 준다는 것이고,
물을 얼린다는 것은 액체에 열에너지를 빼앗는 것입니다.
여기서 너무 자연스럽고 익숙하고 당연한 사실을 짚고 가겠습니다.
우리가 사는 이 자연은 항상 에너지가 많은 곳에서 적은 곳으로 이동합니다.
무슨 말이냐 하면,
열에너지는 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다는 거죠.
열에너지가 높다는 것은 온도가 높은 것이고 그 말은 온도가 높은 곳에서 낮은 쪽으로 에너지가 이동한다는 겁니다.
따뜻한 손과 차가운 손을 서로 잡으면 따뜻한 손에 열에너지가 차가운 손에 이동해서 둘의 온도가 같아집니다.
따뜻한 손과 차가운 손을 잡았는데 따뜻한 손이 차가운 손에 얼마남아 있지도 않은 열을 빼앗아서 따뜻한 손은 뜨거워지고 차가운 손은 더 차가워지고 그러지 않는다는 것이죠.
그래서 온도가 높은 것과 낮은 것이 만났을 때, 온도가 높은 것은 열에너지를 '방출'하는 것이고(빼앗긴다는 말이죠?)
온도가 낮은 것은 열에너지를 '흡수'하는 겁니다(뺏는다는 뜻이죠.)
우리 주변을 보면서 실제로 어떻게 되는지 보겠습니다.
뜨거운 여름에 바닥에 물을 뿌립니다.
왜 그런 거죠?
바닥은 굉장히 뜨겁습니다. 바닥에 물을 뿌리면 물이 뜨거운 바닥에 열들을 흡수해서 기체로 상태가 변화하는 것이죠.
덕분에 바닥은 열에너지를 빼앗겨서 시원해지는 겁니다.
차가운 물이나 음료를 담은 컵 바깥쪽에 물방울이 맺힙니다.
왜 그런 거죠?
주위에 기체입자들이 차가운 음료가 담긴 컵한테 열에너지를 빼앗깁니다. 그래서 기체에서 액체로 상태가 변화한 것이죠.
그리고 우리가 아는 '끓는점, 어느 점' 이게 바로 상태변화가 되는 온도를 말합니다.
그리고 재미있는 것은
얘네들이 '열에너지'를 상태변화를 하거나 혹은 온도를 높이는데만 사용합니다.
둘 중 하나에만 열에너지를 사용한다는 겁니다.
무슨 말이냐면
물을 계속 끓입니다. 그리고 물의 끓는점은 100도죠.
그 말은 액체인 물이 기체인 수증기로 상태변화하는 온도가 100도라는 겁니다.
액체인 물 상태에서 계속 열을 가하면 바로 기체로 되는 것이 아닙니다.
100도까지(상태변화하는 온도) 계속 온도를 높이는데 열에너지를 씁니다.
그러다가 100도가 되면 더 이상 온도를 높이지 않고 기체로 상태변화하는데 에너지를 쓰는 겁니다.
그래서 물은 100도 이상으로 온도가 올라가지 않습니다.
그래서 이런 그래프가 되는 것입니다.
계속 온도가 올라가고 내려가지 않습니다.
끓는점이나 녹는점에서는 열에너지를 '상태변화'하는데 쓰기 때문에 그런 것입니다.
그 말은 액체인 물은 어는점인 0도 이하로 온도가 내려가서 존재할 수 없다는 뜻이죠
(영하 10도 인 물은 없는 겁니다)
반대로 끓는 점인 100도 이상인 물도 존재할 수 없다는 것이죠
(110도 인 물도 없습니다)