에스키모인의 난방 지혜

교과서로 끝내는 과학논술

2. 상태 변화와 열

(관련 단원 : 10학년 과학, 12학년 화학II-상태변화)

사례 1 : 소독용 알콜을 피부에 문지르면 피부가 시원해진다.

사례 2 : 더운 여름에 그냥 선풍기 바람을 쐬는 것보다 몸에 물을 묻히고 바람을 쐬면 더 시원하다.

사례 3 : 더운 여름에 마당에 물을 뿌리면 잠시 후에 주위가 시원해진다.

사례 4 : 에스키모인들은 그들이 사는 얼음집인 이글루 안에 물을 뿌려 이글루 안을 따듯하게 만들었다.

사례 5 : 추운 겨울에 앞 창문에 생긴 서리를 빨리 녹이려고 뜨거운 물을 앞 유리에 붓고 걸레로 닦아내려 하다보면 뿌린 물이 금방 얇게 얼어버려 앞 창문이 더 안보이게 된다. 하지만 미지근한 물을 붓고 닦아보면 금방 얼어붙지 않는다. (출처 : <달콤한 물을 마시다>, 성우출판사 펴냄)

사례 1~4 에서 제시하는 내용들을 모두 설명할 수 있는 공통적인 논리를 아래의 제시문을 참고하여 제시하고, 그 논리를 이용하여 사례 5의 내용을 설명하라.

제시문 1 : 고체 상태일 때의 물질은 입자 간격이 좁고 규칙적으로 배열되어 있다. 그리고 입자들 사이에 강한 인력이 존재하여 고체를 이루는 입자들은 자유롭게 움직일 수 없고 제자리에서 진동만 할 수 있다.

액체 상태일 때의 물질은 고체 상태에 비해 입자들 사이의 거리가 멀어지고 입자들의 배열은 고체에 비해 불규칙해진다. 하지만 액체를 구성하는 입자들은 서로 자리를 바꿀 수 있을 정도의 인력이 여전히 존재한다. 그래서 담긴 그릇의 모양에 따라 모양이 쉽게 변하지만 부피는 고체처럼 일정하다.

기체 상태일 때의 물질은 입자들 사이의 간격이 매우 멀고 고체, 액체 상태에 비해 분자의 운동이 매우 활발하다. 그래서 어떤 크기의 그릇에 기체를 담아도 그 그릇의 부피를 모두 차지할 수 있게 되며 그 때의 입자 사이의 거리는 변하게 된다.

제시문 2 : 물질을 구성하는 입자들은 주위에서 열을 흡수하거나 주위에 열을 방출하면서 상태가 변할 수 있다. 고체에서 액체로, 액체에서 기체로 갈수록 더 많은 열에너지를 가지고 있다.

제시문 3 : 온도는 물체의 따듯하고 차가운 정도를 나타내는 값으로, 그 물질을 이루고 있는 원자나 분자의 운동이 얼마나 활발하게 일어나느냐와 관련이 있다. 같은 물 속의 분자들도 온도가 높아지면 더 빠르게 움직인다.

제시문 4 : 높은 온도의 물이 든 비이커를 찬 물이 든 수조에 넣고 두 가지의 물의 온도를 측정해보면 높은 온도의 물은 온도가 낮아지고 낮은 온도의 물은 점점 높아져 결국은 두 가지의 물은 온도가 같아진다. 이는 높은 온도의 물에서 낮은 온도의 물로 열이 이동했기 때문이다.

최원호/서울 중등고 화학교사

논술팁: 사례에 주어진 내용들은 상태변화에 따른 열의 흡수와 방출에 관련된 현상들이다. 물질의 상태가 변하면 열을 흡수하거나 방출하여 주변의 온도가 달라지는데, 이런 현상을 설명하기 위해서는 고체, 액체, 기체가 가지고 있는 열에너지가 다르다는 가정이 있어야 한다. 그리고 이 가정을 설정하기 위한 논리적 근거를 위해 분자운동과 관련한 열에너지의 정의가 필요한데, 이 정의는 열의 흡수 방출에 따른 열이 어떻게 이동하는지를 설명하기 위한 논리적 근거를 제공할 수 있다. 그리고 사례 5에 주어진 내용은 온도가 높은 물과 온도가 낮은 물의 열에너지가 다른 것은 분자들의 운동에너지가 다르기 때문에 나타나는 현상이며, 찬물을 부었을 때 살얼음이 생기는 현상도 물질의 상태변화에 따른 에너지의 변화로 설명해야 한다.

최원호/서울 중동고 화학교사