3. 액체
목차
- 물
- 물의 특성
- 물과 얼음의 비교
- 표면장력
- 모세관 현상
- 상평형
- 물
(고든램지가 물 마시는 모습)
일산화 이수소, 산화수소, 다이하이드로젠 모노옥사이드 라고도 불리는 물은 우리 생활에서 꼭 필요한 존재입니다. 산소와 마찬가지로 대부분의 동식물의 생명을 유지하는 데에 없어서는 안 되는 화학물질입니다.
물은 극성 분자입니다. 다르게 말하면 쌍극자모멘트가 0이 아닌 물질 이다. 물의 생김새는 그림과 같이 생겼고 산소를 B, 각각의 수소를 A, C로 하는 각ABC의 내각은 104.5도 입니다.
또한 물은 굽은형 구조를 가지고 있습니다.
물이 이러한 구조를 가지는 이유는 산소원자가 가지고 있는 두개의 비공유 전자쌍 때문입니다.
두개의 비공유 전자쌍은 각각 수소를 밀어내면서 104.5도라는 각을 형성합니다.
또한 H와 O의 분자량 차이로 인해 H의 전자들이 O쪽으로 끌려가 H는 델타+를, O는 델타-를 가지게 됩니다.
물이 극성분자라서 가지게 되는 성질은, 대전체를 가까이 하면 물줄기가 끌려온다는 것입니다.
에탄올 또한 친수성이기 때문에 끌려옵니다.
두번째 성질은 극성물질을 잘 녹인다는 것 입니다. 극성물질은 극성물질 끼리, 무극성 물질은 무극성 물질끼리 잘 녹습니다.
따라서 무극성인 사염화탄소에 염산을 붓는다면 거의 녹지 않아요.
이것은 물의 장점중 하나입니다. 왜냐하면, 이온성 물질, 대기오염물질, 영양물질 등을 잘 녹이거든요.
전기장 내에서 일정하게 배열한다는 성질을 가지고 있습니다. 마치 철에 자기를 가져다 대면 자성을 띄게 되는것처럼 말이죠.
물은 수소결합을 할 수 있습니다.
수소결합이란?
전기음성도가 큰 F, O, N에 공유결합한 H원자가 다른 분자의 F, O, N 비공유 전자쌍에 끌려가면서 이루어지는 분자간 인력을 말합니다. 따라서, 분자 안에서 이루어지는 결합이 아니라, 분자와 분자끼리 이루어 지는 결합 이라는 것이죠.
액체상태의 물이 기화하는 현상도 수소결합이 끊어지기 때문에 일어나는 현상이라 할 수 있습니다.
하지만 전기분해의 경우 공유결합이 끊어지는 것이므로 수소결합은 관여하지 않습니다.
또한 물의 공유결합 길이는 100pm(피코미터), 수소결합 길이는 170pm 입니다.
- 물의 특성
첫번째는 수소결합을 하는 물의 성질로 인한 것인데요,
분자량에 비해 어는점, 끓는점, 융해열, 기화열 등이 큽니다.
비열이 큽니다.
부피가 얼음보다 작고(얼음>물) 밀도가 얼음보다 큽니다(얼음<물)
쌍극자-쌍극자 힘, 수소결합, 분산력의 힘이 가해져 어는점과 끓는점을 높게 만듭니다.
수소결합을 안하는 에탄올과 비교해보면
융해열: 물 > 에탄올
기화열: 물 > 에탄올
비열: 물 > 에탄올 등이 있고, 그 외에도
물의 융해열 < 물의 기화열
물의 비열 > 얼음의 비열 등이 있습니다.
물의 비열은 
입니다.
입니다.
이로 인해 나타나는 현상은 해풍과 육풍 등이 있습니다.
- 물과 얼음의 비교
물이 얼음이 되는 경우,
수소결합이 형성되고 육각형 고리를 형성하게 되면서 부피가 증가합니다.
내부에 빈공간이 생기기 때문이죠.
그래서 이러한 변화들이 나타납니다.
4도씨에서 부피는 최소가 되고, 밀도가 최대가 됩니다.
밀도
|
얼음
|
<
|
물
|
부피
|
>
| ||
분자간 평균거리
|
>
| ||
수소 결합 수
|
>
| ||
분자간 인력
|
>
| ||
평균 운동에너지
|
<
| ||
무질서도
|
<
| ||
비열
|
<
|
얼음의 밀도=0.9(g/mL), 물의 밀도=1.0
- 표면장력
표면장력이란, 액체의 표면에서 액체 안쪽으로 당겨지는 힘 입니다.
이로써 표면적을 가능한 작게 하려는 경향이 나타납니다.
액체 표면에 있는 분자는 위쪽으로 인력을 받지 못하기 때문에, 안쪽으로만 힘을 받게 됩니다.
표면장력∝인력/온도
표면장력이 줄어들수록 인력도 줄어들고, 온도가 높아질수록 표면장력이 줄어든다는 것 이죠!
생김새는 접촉면에 따라 달라지는데, 유리에 물방울을 떨어뜨리면 납작한 반구형이지만, 스테인리스 강에 떨어뜨리면 반구형태와 비슷해지고, 양초에 물을 떨어뜨리면 구형에 가까워 집니다.
- 모세관 현상
모세관 현상이란, 액체 물질이 미세한 관 내부를 올라가거나 내려가는 현상 입니다.
이 현상에는 응집력과 부착력이 관여합니다.
응집력은 액체의 표면장력이고, 부착력은 액체와 유리관 사이의 당기는 힘 입니다.
응집력은 물 표면을 볼록하게 만들고, 부착력은 오목하게 만듭니다.
유리는 친수성이기 때문에, 응집력보다 부착력이 더 크므로
물이 관을 타고 올라가 오목한 형태를 띄게 되는 것이죠.
수은의 경우도 마찬가지 입니다. 부착력보다 응집력이 훨씬 세서, 볼록한 형태를 띄게 됩니다.
스펀지에 관을 수직적으로 누르면 관 속에서 스펀지 아래쪽이 튀어나오게 되는 현상과 비슷하다고 보시면 됩니다.
- 상평형
상평형 입니다. 다음의 그래프가 상평형을 나타내는데요,
압력과 온도에 따른 상태변화를 나타낸 그래프 입니다.
중간의 점을 삼중점이라 하고, 고체, 액체, 기체가 공존하는 온도와 압력을 나타냅니다.
녹는점은 융해곡선과 같구요, 끓는점 또한 증기압력 곡선을 기준으로 기체와 액체가 나뉘어 집니다.
임계점은 초록색 선의 끝점입니다. 액체와 기체의 상이 구분될 수 있는 최대의 온도-압력 한계인데요, 이러한 임계점을 넘어가면 액체도 기체도 아닌 초임계 유체라 불리게 됩니다. 초임계 유체는 기체의 확산성과 액체의 용해성이 있는 특징을 가지고 있습니다.
또한 대기압과 증기압력 차에 따라 끓는점 오름/내림, 어는점 내림/오름 이 발생합니다.
감사합니다.
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