물리적 변화와 화학적 변화는 어떻게 다른가?

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물리적 변화, 화학적 변화라는 두 용어는 과학만 아니라 사회적 언어로도 자주 쓰인다. 일반적으로 물리적 변화는 ‘외형은 변하더라도 본질은 그대로인 것을 말하고, 화학적 변화는 형태는 그대로 있어도 성질이 다른 물질로 변하는 것’이라고 간단히 표현할 수 있다. 선반에 놓아둔 사과가 썩었다면 그것은 어떤 변화인가?

 

물리적 변화

액체인 물은 온도의 조건에 따라 고체상태인 얼음으로, 또 기체인 수증기로 형태가 변한다. 그러나 녹거나 식으면 다시 액체의 물로 변화될 수 있다. 이런 변화가 일어날 때 물은 형태만 아니라 부피까지 바뀐다, 물의 이러한 변신은 대표적인 물리적 변화이다. 즉 물리적 변화가 일어난 것은 본래 상태로 돌아갈 수 있다. 소금이나 설탕을 물에 녹이면 고체의 형상이 없어진다. 그러나 그 용액을 증발시키면 소금과 설탕이 그대로 나타난다.

 

고체상태인 버터(마가린)를 가열하면 녹아서 액체상이 되지만 식으면 다시 고체의 버터로 돌아간다. 쇠를 가열하면 붉은 액체가 되기도 하지만 냉각시키면 본래의 모습이 된다. 이런 변화 역시 물리적 변화이다.

 

수건이나 종이를 물에 적시고 얼리고 건조시켜보면 그들에서는 아무 화학적 변화가 없다. 스프링이나 쿠션에 압력을 주면 형태가 변한다. 그러나 압력을 제거하면 본래의 모습이 된다. 창유리가 깨지면 형태는 변했지만 유리의 화학적 성분은 그대로이다. 구겨진 종이나 잘게 쪼갠 나무토막도 물리적 변화만 일어난 것이다.

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홍수가 나면 산야의 흙이 떠내려가고 산사태가 나면서 지각을 형성하는 모습에 물리적 변화가 일어난다. 파도가 치는 해안 절벽과 사막의 바위산에서도 침식(浸蝕)이라는 물리적 변화가 발생한다. 탄산칼슘이 주성분인 석회암은 유공충(有孔蟲 플랑크톤 일종), 산호, 조개류와 같은 생명체의 화학적 반응으로 생겨나며, 지구상에 널리 분포하는 석회암은 장기간 스며드는 물속의 이산화탄소의 화학작용으로 조금씩 녹아 커다란 석회동굴을 형성하게 된다.

 

 

화학적 변화

밀가루로 빵을 구우면, 그 빵의 밀가루는 본래의 밀가루로 되돌아가지 못한다. 종이나 장작을 태우면 빛과 열과 이산화탄소를 내면서 불타게 되고 재가 남는다. 이런 변화가 일어나면 다시 종이나 장작으로 되돌아가지 못한다. 변질한 우유, 썩어버린 생선, 요리된 계란, 설탕을 가열하여 생겨난 갈색의 캐러멜, 녹이 슨 쇠, 산성물질과 염기성물질을 혼합하는 것 등은 모두가 화학적 변화이다.

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고체이던 양초(paraffin)가 녹으면 액체상의 양초가 된다. 이를 냉각시키면 다시 고체상의 양초가 된다. 그러나 심지에서 열과 빛을 내면서 이산화탄소와 물로 화학변화한 것은 양초로 되돌아가지 못한다.

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화학적 변화가 일어나면 다른 종류의 물질들이 생겨난다. 종이를 태워보면, 열이 발생하고, 이산화탄소와 다른 기체들이 생겨나며, 갈색 검은색 회색 흰색 등으로 색이 변한다. 술이 익어가는 항아리에서는 다양한 냄새와 거품이 발생한다. 이러한 화학적 변화의 상태는 다양하게 진행된다.

 

두 변화의 중요 차이

1. 물리적 변화는 외형이 변하고, 화학적 변화에서는 원자와 분자가 변하고 성질까지 달라진다.

2. 화학적 변화가 일어난 물질은 색도 달라지고, 더 많은 종류의 물질로 분리되어 본래 모습으로 되돌아갈 수 없는 상태가 된다.

3. 물리적 변화는 중단시킬 수 있으나 화학적 변화는 중단시키기 어렵다.

4. 생물체 안에서 일어나는 변화는 거의 화학적 변화이다. 식물의 광합성, 세포 속에서 일어나는 물질대사, 소화기관에서 전개되는 음식물의 변화는 모두 화학적으로 일어난다.

 

 

 

 

각종 금속 조각이나 물질을 화약과 함께 폭발시켜 고온 상태로 만들면, 물질의 종류에 따라 다양한 빛을 낸다. 이때 금속 조각은 높은 온도 조건에서 산소와 화학적으로 반응한다.

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화학은 물질의 화학적 변화를 연구하는 과학이다. 물질이 합성되고 분해되는 현상을 한마디로 화학변화라 한다. 우라늄과 같은 방사성원소들이 핵분열을 하고, 수소폭탄이 터지면서 에너지를 발생하는 것 모두가 원자와 분자의 상태가 변하는 화학변화이다. 우주(宇宙)는 물리화학적 변화의 세계라고 할 수 있다. 거기서는 무기물과 유기물의 변화가 끊임없이 일어난다. 생명체 내에서 일어나는 온갖 화학적 변화를 생화학적 변화(biochemical change)라 한다. - YS

 

 

 

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