화학2-= 액체, 고체 , 상태변화

[류명한]

 2. 액체

1]액체

액체의 일반적 성질
 1) 기체에 비해 운동에너지가 작고, 분자간 거리가 짧다
 2) 압력이나 온도 변화에 따라 부피의 변화가 매우 작다
 3) 유동성을 갖는다
 4) 분자사이의 인력이 기체 상태보다 훨씬커서 액체내부에서 진동과 회전운동을 한다
 5) 확산속도가 기체보다 대단히 느리다

 6) 액체 표면의 분자들은 액체 내부를 향한 인력만 가짐 :
액체의 운동론
 1) 증발  (분자의 운동에너지 > 분자간 인력)
  ① 액체 표면의 분자가 이웃 분자와의 인력을 끊고 표면에서 기체로 되는 현상
  ② 액체를 가열 →액체 입자의 운동에너지 증가 → 증발 속도 증가
            증발한 입자의 평균온도 > 액체로 남은 입자의 평균온도
  ③ 응축( ) : 증발된 입자가 온도가 낮아져 충돌에 의해 액체로
                         되는 현상 (운동에너지 < 분자간 안력)
  ④ 몰 증발열 : 끓는점에서 액체 1몰을 증발시키는데 필요한 열량
            : 증발열이 클수록 분자간 인력이 큰 물질임
 2) 동적 평형
  ① 밀폐된 용기에서 일정 시간후
      증발속도 = 응축속도 가 되는 상태
  ② 증발하는 분자의 수 = 응축하는 분자의 수
      액체 상태의 입자수와 기체 상태의 입자수가 일정
 3) 증기 압력
  ① :어떤 온도에서 동적 평형상태에 있을 때 증기가 나타내는 압력
  ② 동적 평형 상태에서 밀폐된 공간은 액체 증기로 포화되었다고 한다
  ③ 분자간 인력이 작은 물질일수록 증기압력이 크다

  ④ 온도가 높아질수록 증기압력은 증가한다
  ⑤ 증기 압력 곡선 : 온도에 따른 증기 압력의 변화를 나타낸 곡선

 4) 끓는점
  ① 액체를 가열 → 증기압력 증가
      증기압력 = 대기압력 (외부압력) 이 같아질 때의 온도
  ② 액체의 내부에서도 기화 현상이 일어남 :
  ③ 외부압력이 증가할수록 끓는점은 높아진다
  ④ 분자간 인력이 큰 물질일수록 끓는점이 높다
 5)
  ① 외부 압력이 1기압일 때의 끓는점 : 보통의 끓는점→ 물질에 따라 다름
  ② 순수한 액체가 끓을 때 온도가 일정한 이유
     : 열을 가하면 더 많은 분자가 에너지를 얻어 증발하므로 액체 내부의 평균운동에너지는 증가하지 않기 때문
  ③ 분자간 인력이 작은 물질일수록 끓는점은 낮다
  ④ : 물 보다 낮은 온도에서 끓고 실온에서 빨리 증발되는 액체 : 분자간 인력이 작은 액체
      비휘발성 : 물 보다 높은 온도에서 끓고 증발속도가 느린 액체 : 분자간 인력이 큰 액체
          ∴ 증기압력 :  휘발성 > 비휘발성
기체의 액화
 1) :  기체가 액체로 변하는 현상
  ① 분자간 인력이 분자를 붙잡아 두는데 충분하도록 기체분자의 평균운동에너지를 감소시킴  → 어떤 온도이하로 냉각

  ② 분자간 인력은 분자간 거리가 짧을수록 효과적임 → 압축
 2) 임계온도와 압력
  ① 임계 온도 : 기체의 액화가 가능한 온도
                     : 임계 온도이상에서는 액화가 불가능
  ② 임계 압력
      임계 온도에서 액화되기 위한 압력
      기체의 온도를 임계온도보다 내리면 임계 압력보다 작아도 액화가능
      기체를 액화하기 위해서는 임계온도 이하, 임계압력 이상을 가해야 함

  ③ 분자간 인력이 큰 물질 일수록 임계 온도는 높다
  ④ 임계 온도가 높을수록 임계압력은 낮을수록 액화하기 쉽다
               표4 몇가지 임계온도와 압력
표면 장력
 1) 액체의 표면적을 최소화하려는 경향 - 액체 표면의 분자는 다른 분자에 의해 내부로만 인력을 받음
                   - 단위 면적당 표면적을 증가시키는데 필요한 에너지
  ① 소금장이가 물위로 다니는 현상
  ② 물방울이 구형
  ③ 왁스위의 두 개의 접한 물방울이 합쳐지는 현상
 2) 표면이 마치 얇고 탄력적인 피부처럼 작용
 3) 분자간의 힘이 클수록 표면장력도 커진다

    용해된 물질에 의해서도 영향을 받음 (비누나 세제는 표면 장력을
    현저하게 감소시킴
 4) 응집력과 부착력
  ① : 같은 분자간의 인력 (물의 증기압, 끓는점, 표면장력 등)
  ② : 서로 다른 분자사이의 인력
  ③ 모세관 작용 : 표면장력에 의해 물이 모세관을 따라 올라가는 현상
       모세관속에서 물과 유리사이의 부착력이 응집력 보다 큼
       모세관 벽에 젖은 물이 표면적 증가 → 표면장력에 의해 액체는 관을 따라 올라감

         - 물기둥의 높이가 모세관 밖의 표면 보다 높음 . 아래로 오목한 표면을 형성
  ④ 메니스커스
      모세관 현상에 의해 생긴 액체의 곡선 표면
      수은은 응집력이 부착력보다 커 오목한 표면
       - 수은 기둥의 높이가 모세관 밖의 높이보다 낮다 . 점성
 1) : 흐름에 대한 액체의 저항
 2) 점성의 크기
  ① 분자간의 인력이 클수록
     분자를 서로 엉키게 하는 분자의 구조적 특징이 클수록 커짐
  ② 온도가 높아지면 분자간 인력이 작아져 점성도 작아짐

2]고체

 1. 고체 상태
고체의 성질
 1) : 액체가 고체로 되는 현상
    액체의 냉각 → 입자의 운동이 감소 → 고정된 위치에서 진동 → 고체
 2) 고체의 성질
  ① 고체입자는 고정된 위치에서 진동운동
  ② 압력을 가해도 부피의 변화가 거의 없다
  ③ 입자사의 인력이 매우 커 단단하며 부피가 일정하고 입자가 움직이지 않아 일정한 모양을 가짐
 3) 결정성 고체와 비결정성 고체
  ① 결정성 고체
      *입자의 배열이 규칙적이다
      *결합을 끊기 위한 에너지가 일정하므로 일정한 녹는점을 갖는다
      *비등방성을 갖음
      *열전도율, 전지전도율, 굴절율, 굳기 등 물리적 성질이 방향에 따라 다름

       *소금, 얼음, 다이아몬드, 구리, CsCl 등의 결정
  ② 비결정성 고체
     *입자의 배열이 불규칙적이다
     *녹는점이 일정치 않다
     *등방성을 갖는다
     *유리, 엿, 플라스틱 등
결정 구조
 1)
  ① 결정성 고체에서 입자의 배열이 반복되는 가장 간단한 단위
  ② 단위 격자에서 입자수 구하기 

            꼭지점의 입자 : 주위 8개의 단위격자가 공유
                          : 한 단위 격자속에는 1/8 개
           모서리의 입자 : 주위 4개의 단위 격자가 공유
                          : 한 단위 격자속에는 !/4개
           면에 존재하는 입자 : 주위 2개의 단위 격자가 공유
                               : 한 단위 격자속에는 1/2개

 2) 결정 격자(공간격자) : 단위 격자들의 반복적 배열로 생긴 삼차원적 구조
  ① 단순입방 : 정육면체의 모서리에만 격자점이 존재하는 구조

  ② 체심입방 : 정육면체의 모서리와 중심부에 격자점이 존재하는 구조

  ③ 면심입방 : 정육면체의 모서리와 각 면의 중심에 격자점이 존재하는 구조                  

고체의 몇 가지 물리적 성질
 1) 녹는점 : 고체가 녹아 액체로 될 때의 온도
               : 입자간의 인력이 클수록 높아짐
 2) 몰융해열 : 녹는점에서 고체 1몰을 녹여 액체로 만드는 데 필요한 열량
  ① 몰융해열이 클수록 입자간 인력이 크다
  ② 몰융해열이 클수록 녹는점이 높아진다
    * 융해열 : 녹는점에서 고체 물질 1g을 녹이는데 필요한 열량
 3) : 고체가 직접 기체로 되는 현상 

3]상태변화

상 변화와 에너지
 1) 상 변화
  ① 상 : 물질의 상태
  ② 물질의 삼태 : 물질의 고체, 액체, 기체 세가지 상태  
 2) 융해열과 응고열  
  ① : 고체 1g을 액체로 만드는 데 필요한 열량
  ② 응고열 : 액체 1g을 고체로 만드는 데 필요한 열량
 3) 기화열(증발열)과 액화(응축)열
        기준 끓는점에서
  ① 기화열 : 액체 1g을 기체로 만드는 데 필요한 열량
  ② 액화열 : 기체 1g을 기체로 만드는 데 방출되는 열량
     * 물질 1몰에 대하여는 몰 융해열, 몰 증발열등으로 표시
 4) 상 평형 그림 : 온도와 압력에 따른 물질의 상태의 변화를 나타낸 그래프
  ① 증기 압력 곡선 : 액체와 기체가 공존하는 온도와 압력을 나타낸 곡선
                            : 압력이 높아질수록 끓는점이 높아짐
  ② 융해 곡선 : 고체와 액체가 평형을 이루는 온도와 압력을 나타낸 곡선

                     : 압력이 증가할수록 어는점이 낮아짐
                    : 대부분의 물질에서는 기울기가 양의 값이나 물은 얼음일 경우 부피가 팽창 기울기가 음의 값을 갖는다
  ③ 승화 곡선 :고체와 기체가 공존하는 온도와 압력을 나타낸 곡선 

  ④ : 3개의 곡선이 만나는점으로 세가지 상태가 공존