글로벌 세계 대백과사전/수학·물리·화학·실험/화 학/물질의 구성과 표시법/화학적 변화와 물리적 변화

화학적 변화와 물리적 변화

자연계는 끊임없이 변화하고 있다. 생물의 세계뿐만 아니라, 무생물의 세계에서도 갖가지 물질이 여러 가지 변화를 계속하고 있다. 분자나 원자에 주의하여 물질의 변화를 살펴보면, 물리적 변화와 화학적 변화로 나누어서 생각할 수가 있다.

물리적 변화와 분자

20℃의 물(액체)을 냉각하면 조금씩 수축하여, 4℃에서 부피가 최소(밀도는 최대 1g/㎤)가 된다. 이것을 더욱 냉각하면 조금씩 팽창하며, 0℃가 되어도 계속 냉각하면 상태가 변하여 얼음(고체)이 되고, 부피는 물일 때의 1.1배 정도가 된다. 20℃의 물을 가열하면 조금씩 팽창하며, 1기압하에서 100℃가 되어도 계속 가열하면 상태가 변해서 수증기(기체)가 되고, 부피는 물일 때의 약 1,700배가 된다. 온도의 변화에 따른 팽창이나 수축, 또는 기체·액체·고체의 상태 변화 등은 물에 한하지 않고 다른 여러 물질에서도 볼 수 있는 흔한 변화이다. 팽창하거나 수축하는 부피의 변화나 상태의 변화 등일 때, 물 분자 상호간의 간격이나 분자 운동의 정도는 변화하지만, 물의 분자(H2O)가 분해하거나 다른 물질로 변하지는 않는다. 즉 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자로 이루어지는 물 분자 자체의 구성에는 이상이 없다. 이러한 변화를 물리적 변화라고 한다.

화학적 변화와 원자

물리적 변화에서는 분자의 배열이나 운동 등에는 변화가 있어도, 그 분자를 이루고 있는 원자의 결합 상태에는 변화가 없다. 이에 반하여, 수소(H2)가 연소(산소(O2)와 화합)하여 물(H2O)로 되는 경우처럼, 원자와 원자의 결합 상태가 변하여 다른 물질이 생기는 변화를 화학적 변화라 한다. 양초가 타서 이산화탄소가 생기고, 그 이산화탄소를 석회수에 통하면 석회수가 뿌옇게 흐려지는 변화도 화학적 변화인데, 거기에는 원자 결합의 비밀이 숨어 있는 것이다. 그러나 물질의 변화 중에는 X선에 의해서 기체 분자가 이온화하는 경우처럼, 물리적 변화인지 화학적 변화인지 명확히 구별하기 어려운 경우도 많다. 화학적 변화는 생물의 세계에서도 널리 일어나고 있다. 예를 들면, 식물은 빛 에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 녹말을 만들고, 동물은 음식을 섭취하여 소화·흡수함으로써 생명 활동을 영위하고 있다. 또, 우리는 화학적 변화를 공업적으로 이용하여 아스피린과 같은 의약품을 만들기도 하고, 나일론 등 합성 섬유를 만들어 생활을 윤택하게 하고 있다. 동물 섬유나 식물 섬유 등 천연 섬유가 자연 속에서 서서히 진행되는 화학적 변화에 의해서 만들어지는 데 반해, 합성 섬유는 화학 공장에서 단시간 내에 대량 생산을 할 수 있다. 이것은 천연의 느린 화학적 변화에 비해서 훨씬 빨리 진행되는 화학적 변화를 결합시켜 이용하고 있기 때문이다.