물질의 속성 및 상태 (물리): 개요

물질의 물리적 특성은 많은 물리학의 기초가됩니다. 물질의 상태, 상 변화 및 화학적 특성을 이해하는 것 외에도 물질을 논의 할 때 다음 사항이 중요합니다. 밀도 (단위 부피당 질량), 질량 (물질의 양) 및 압력 (단위당 힘)과 같은 물리량을 이해합니다. 지역).

여러분이 익숙한 일상의 물질은 원자로 이루어져 있습니다. 이것이 원자가 일반적으로 물질의 구성 요소라고 불리는 이유입니다. 109 개 이상의 서로 다른 유형의 원자가 있으며 주기율표의 모든 원소를 나타냅니다.

원자의 두 가지 주요 부분은 핵과 전자 껍질입니다. 핵은 원자의 가장 무거운 부분이며 대부분의 질량이있는 곳입니다. 그것은 원자의 중심에 단단히 묶인 영역이며 질량에도 불구하고 나머지 원자에 비해 상대적으로 적은 공간을 차지합니다. 핵에는 양성자 (양전하 입자)와 중성자 (음전하 입자)가 있습니다. 핵의 양성자의 수는 원자가 어떤 원소인지를 결정하고, 다른 수의 중성자는 그 원소의 다른 동위 원소에 해당합니다.

전자는 음전하를 띤 입자로 핵 주위에 확산 구름이나 껍질을 형성합니다. 중성으로 하전 된 원자에서 전자의 수는 양성자의 수와 같습니다. 숫자가 다르면 원자를 이온이라고합니다.

분자는 화학 결합에 의해 결합 된 원자입니다. 화학 결합에는 이온, 공유 및 금속의 세 가지 주요 유형이 있습니다. 이온 결합은 음이온과 양이온이 서로 끌릴 때 발생합니다. 공유 결합은 두 원자가 전자를 공유하는 결합입니다. 금속 결합은 원자가 자유 전자 바다에 포함 된 양이온처럼 작용하는 결합입니다.

원자와 분자의 미시적 특성은 물질의 거동을 결정하는 거시적 특성을 일으 킵니다. 온도 변화, 결합 강도 등에 대한 분자의 반응은 모두 비열 용량, 유연성, 반응성, 전도도 및 기타 여러 특성으로 이어집니다.

물질의 상태는 물질이 존재할 수있는 여러 가능한 구별되는 형태 중 하나입니다. 물질에는 고체, 액체, 기체 및 플라즈마의 네 가지 상태가 있습니다. 각 상태에는 다른 상태와 구별되는 고유 한 속성이 있으며 물질이 한 상태에서 다른 상태로 변경되는 단계 전이 프로세스가 있습니다.

솔리드를 생각할 때 어떤 식 으로든 단단하거나 단단한 것을 생각할 것입니다. 그러나 고체는 유연하고 변형 가능하며 가단성도 있습니다.

고체는 단단히 결합 된 분자로 구별됩니다. 고체 상태의 물질은 액체 상태 일 때보 다 밀도가 더 높은 경향이 있습니다 (예외, 특히 물). 솔리드는 모양을 유지하고 고정 된 볼륨을 갖습니다.

고체의 한 유형은수정 같은고체. 결정질 고체에서 분자는 재료 전체에서 반복되는 패턴으로 배열됩니다. 크리스탈은 거시적 인 기하학과 대칭으로 쉽게 식별 할 수 있습니다.

또 다른 유형의 고체는무정형고체. 이것은 분자가 결정 격자로 전혀 배열되지 않은 고체입니다. ㅏ다결정솔리드는 그 사이 어딘가에 있습니다. 종종 작은 단결정 구조로 구성되지만 반복되는 패턴은 없습니다.

액체는 서로 쉽게 지나갈 수있는 분자로 구성됩니다. 당신이 마시는 물, 당신이 요리하는 기름, 자동차의 휘발유는 모두 액체입니다. 고체와 달리 액체는 용기 바닥 모양을 취합니다.

액체는 다른 온도와 압력에서 팽창 및 수축 할 수 있지만 이러한 변화는 종종 작으며 대부분의 실제 목적을 위해 액체도 고정 된 부피를 갖는다 고 가정 할 수 있습니다. 액체의 분자는 서로 지나갈 수 있습니다.

액체가 표면에 부착 될 때 약간 "끈적 거리는"경향을부착, 액체 분자가 서로 달라 붙고 싶어하는 능력 (예: 물방울이 잎사귀에 공을 형성하는 경우)을응집력​.

액체에서 압력은 깊이에 따라 달라지며, 이로 인해 물에 잠기거나 부분적으로 잠긴 물체는 물체의 상단과 하단의 압력 차이로 인해 부력을 느끼게됩니다. 아르키메데스의 원리는이 효과를 설명하고 물체가 액체에 떠 있거나 가라 앉는 방식을 설명합니다. “부력은 변위 된 액체의 무게와 같다”는 진술로 요약 할 수 있습니다. 따라서 부력은 액체의 밀도와 물체의 크기에 따라 달라집니다. 액체보다 밀도가 높은 물체는 가라 앉고 밀도가 낮은 물체는 부유합니다.

가스에는 서로 쉽게 이동할 수있는 분자가 포함되어 있습니다. 그들은 용기의 전체 모양과 부피를 취하며 매우 쉽게 확장 및 축소됩니다. 가스의 중요한 특성에는 압력, 온도 및 부피가 포함됩니다. 사실, 이 세 가지 양은 이상 기체의 거시적 상태를 완전히 설명하기에 충분합니다.

이상 기체는 분자가 점 입자로 근사 할 수 있고 서로 상호 작용하지 않는다고 가정하는 기체입니다. 이상 기체 법칙은 많은 기체의 거동을 설명하며 다음 공식으로 제공됩니다.

어디피압력,V볼륨,엔물질의 몰수,아르 자형이상 기체 상수 (아르 자형= 8.3145 J / molK) 및티온도입니다.

이 법칙의 다른 공식은 다음과 같습니다.

어디엔분자의 수이며케이볼츠만 상수 (케이​ = 1.38065 × 10^-23 J / K). (의심적인 독자는nR = Nk​.)

가스는 또한 그 안에 잠긴 물체에 부력을가합니다. 대부분의 일상적인 물체는 우리 주변의 공기보다 밀도가 높기 때문에이 부력이 눈에 띄지 않게되지만 헬륨 풍선이 이에 대한 완벽한 예입니다.

플라즈마는 너무 뜨거워 져서 전자가 원자를 떠나 전자 바다에 양이온을 남기는 경향이있는 가스입니다. 플라즈마에는 전체적으로 동일한 수의 양전하와 음전하가 있기 때문에 유사 중립적이지만 전하의 분리 및 국부적 응집으로 인해 플라즈마가 a와 매우 다르게 작동합니다. 일반 가스.

플라즈마는 전기장과 자기장의 영향을 많이받습니다. 플라즈마 자체의 전하가 움직일 때 서로 영향을 미치는 전기장과 자기장을 생성하기 때문에 이러한 필드는 외부에있을 필요가 없습니다.

낮은 온도와 에너지에서 전자와 이온은 중성 원자로 재결합하기를 원하므로 플라즈마 상태를 유지하려면 일반적으로 고온이 필요합니다. 그러나 소위 비열 플라즈마는 전자 자체가 고온을 유지하는 반면 이온화 된 핵은 그렇지 않은 곳에서 생성 될 수 있습니다. 이것은 예를 들어 형광등의 수은 증기 가스에서 발생합니다.

"정상"가스와 플라즈마 사이에 반드시 뚜렷한 차단이있는 것은 아닙니다. 가스의 원자와 분자는 정도에 따라 이온화 될 수 있으며, 가스가 완전히 이온화 될수록 더 플라즈마와 같은 역학을 표시합니다. 플라즈마는 높은 전기 전도성으로 인해 표준 가스와 구별되며 두 가지 유형의 입자 (양이온 및 음 전자)가있는 시스템처럼 작동합니다. 하나의 유형 (중성 원자 또는 분자), 입자 충돌 및 표준의 2- 바디 "풀볼"상호 작용보다 훨씬 더 복잡한 상호 작용과는 대조적입니다. 가스.

플라즈마의 예로는 번개, 지구의 전리층, 형광등 및 태양의 가스가 있습니다.

물질은 한 단계 또는 상태에서 다른 단계로 물리적 변화를 겪을 수 있습니다. 이 변화에 영향을 미치는 주요 요인은 압력과 온도입니다. 일반적으로 고체는 액체로 변하기 위해 더 따뜻해 져야하고, 기체로 변하기 위해서는 액체가 더 따뜻해 져야하고, 이온화되어 플라즈마가되기 위해서는 기체가 더 따뜻해 져야합니다. 이러한 전이가 발생하는 온도는 재료 자체와 압력에 따라 다릅니다. 실제로 고체에서 기체로 (승화라고 함) 또는 기체에서 고체 (증착)로 바로 갈 수 있습니다 (증착).

고체가 녹는 점까지 가열되면 액체가됩니다. 고체를 용융 온도까지 가열하기 위해 열 에너지를 추가 한 다음 온도가 계속 상승하기 전에 상 전이를 완료하기 위해 추가 열을 추가해야합니다. 그만큼융합 잠열물질의 단위 질량을 녹이는 데 필요한 에너지의 양을 결정하는 각 특정 물질과 관련된 상수입니다.

이것은 다른 방향에서도 작동합니다. 액체가 냉각되면 열 에너지를 발산해야합니다. 빙점에 도달하면 온도가 계속 낮아지기 전에 상전이를 겪기 위해 계속 에너지를 방출해야합니다.

액체가 끓는점까지 가열 될 때 유사한 동작이 발생합니다. 열 에너지가 추가되어 온도가 끓기 시작할 때까지 온도가 상승하고 추가 된 열 에너지가 사용됩니다. 상전이를 일으키고 모든 액체가 변할 때까지 결과 가스의 온도가 상승하지 않습니다. 단계. 라는 상수기화 잠열특정 물질에 대해 물질의 단계를 단위 질량 당 액체에서 기체로 변경하는 데 필요한 에너지의 양을 결정합니다. 물질의 기화 잠열은 일반적으로 융합 잠열보다 훨씬 큽니다.

물질의 화학적 특성은 어떤 유형의 화학 반응이나 화학적 변화가 발생할 수 있는지를 결정합니다. 화학적 특성은 측정하기 위해 일종의 화학적 변화가 필요하다는 점에서 물리적 특성과 다릅니다.

화학적 특성의 예로는 가연성 (재료가 얼마나 쉽게 타는가), 반응성 (얼마나 쉽게 화학 반응), 안정성 (화학 변화에 저항 할 가능성) 및 재료가 다른 재료와 형성 할 수있는 결합 유형 기재.

화학 반응이 일어나면 원자 사이의 결합이 바뀌고 새로운 물질이 형성됩니다. 일반적인 유형의 화학 반응에는 결합 (두 개 이상의 분자가 결합하여 새로운 분자를 형성), 분해 (분자가 두 개로 분해됨)가 포함됩니다. 또는 더 많은 다른 분자) 및 연소 (화합물이 산소와 결합하여 상당한 양의 열을 방출합니다.보다 일반적으로 "연소"라고 함) 조금.