유리는 고체일까? 젤리는 고체일까 액체일까? 잠수함 재질은 무엇일까?

유리는 고체일까?

유리는 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있으며, 많은 사람들은 재질이 딱딱해서 유리를 고체라고 생각한다. 그러나 과학적인 관점으로 본다면 유리를 고체라고 할 수 없다. 유리가 단단하고 손에 잡히는 고체로 보이는 것은 유리의 점성이 다른 액체들보다 아주 높기 때문이다. 현대 유리 제조 기술의 발달에 의해서 유리가 더욱 단단해졌지만, 아주 옛날에 만들어진 교회의 스테인드글라스는 수천 년에 걸쳐 서서히 흘러내려 위쪽은 얇고 아래쪽은 두꺼워진 모습을 관찰할 수 있다. 즉, 유리는 흘러 움직이는 성질이 있기 때문에 액체로 본다.

 

젤리는 고체일까 액체일까?

액체를 구성하는 입자들은 고체 결정처럼 질서 정연하게 배열되어 있는 것도 아니고, 기체처럼 완전히 무질서하지도 않다. 액체 분자들 사이에는 강한 인력이 작용하기 때문에 액체는 일정한 부피를 가지고 있다. 하지만 이 분자들이 유동성을 가지고 있기 때문에 일정한 모양이 없다. 즉, 액체 분자들은 액체 내부에서만 비교적 자유롭게 움직이기 때문에, 부피는 일정하지만 모양은 담긴 그릇의 모양에 따라 변하게 된다. 젤리는 가만히 두면 그 모습 그대로를 유지하지만 살짝 건드리면 모양이 변한다.

 

고체라고 말하기에는 움직임이 자유롭고 액체라고 말하기에는 형태가 어느 정도 고정되어 있는데, 이렇게 액체와 고체 상태의 특성을 동시에 나타내는 물질을 가리켜 ‘콜로이드 상태’에 있다고 말한다. 콜로이드는 아주 미세한 입자들이 액체 속에 완전히 녹지 않고 균일하게 퍼져 있는 상태로 ‘졸’과 ‘겔’로 구분할 수 있다. 물의 함량이 비교적 적어 반고체 상태인 것을 ‘겔(gel)’이라 하 고, 물의 함량이 많아 액체 상태인 것을 ‘졸(sol)’이라고 한다. 달걀로 예를 들면 날달걀의 흰자는 액체에 가까운 졸 상태이고, 삶은 달걀의 흰자는 고체에 가까운 겔 상태이다.

 

우리 주변의 물질은 대부분 고체, 액체, 기체로 되어 있으나 고체, 액체, 기체로 분류하기 어려운 물질도 있다. 대표적인 것으로 에어로젤(Aerogel)이다. 에어로젤은 무게가 스타이로폼보다 다섯 배나 가벼운데 이처럼 에어로젤이 가벼운 까닭은 전체 부피의 약 98 %를 공기가 차 지하고 있기 때문이다. 고체의 성질과 공기에 가까운 성질을 동시에 가지고 있어 ‘얼어붙은 공기(frozen smoke)’라고 부르기도 하며, 건축물의 단열 소재, 우주 탐사선의 소재 등 활용 범위가 넓을 것으로 기대되는 신소재이다. 텔레비전이나 스마트 기기의 재료인 ‘액정(Liquid Crystal)’도 액체처럼 흐를 수 있지만 액정 분자는 결정과 같이 일정한 방향으로 배열될 수 있기 때문에 액정은 기존 액체와 고체 결정의 중간 상태에 있는 물질이다.

 

잠수함은 무엇으로 만들까?

잠수함 재질은 고체, 액체? •잠수함을 만들 때 사용하는 고체잠수함이 100 m 수심에 있을 때 1 m2 당 100 톤의 압력을 받게 된다. 따라서 잠수함의 선체는 수압에 견딜 수 있는 특수강(니켈, 크롬, 몰리브덴의 합금)으로 되어 있다.

젤리