화학 변화와 물리 변화는 어떻게 다를까요?

물리 변화: 같은 물질, 달라진 모습

물리 변화에서는 물질의 겉모습이 달라지지만 입자는 그대로입니다. 종이를 자르거나, 캔을 찌그러뜨리거나, 고무줄을 늘이거나, 유리를 깨는 것은 모두 물리 변화입니다. 조각이 작아지거나 모양이 달라질 뿐 여전히 종이, 금속, 고무, 유리입니다.

상태 변화도 물리 변화입니다. 얼음이 녹으면 액체 물이 되고, 물이 끓으면 수증기가 되지만 모든 분자는 여전히 H₂O입니다. 분자가 더 빠르게 움직이고 더 멀리 퍼질 뿐입니다. 고체 이산화 탄소인 드라이아이스는 −78.5 °C에서 곧바로 기체가 됩니다. 이를 승화라고 하며, 이때 기체도 여전히 CO₂입니다.

설탕이나 소금을 물에 녹이는 것은 보통 물리 변화로 봅니다. 물을 증발시키면 고체를 다시 얻을 수 있기 때문입니다.

화학 변화: 새로운 것이 만들어집니다

화학 변화에서는 처음 물질 속 원자들 사이의 결합이 끊어지고, 원자들이 새로운 조합으로 결합합니다. 그 결과 새로운 성질을 가진 새로운 물질이 하나 이상 생깁니다. 원자 자체는 사라지지 않고 다시 배열될 뿐입니다.

나무가 타는 것, 철이 녹스는 것, 달걀을 익히는 것, 케이크를 굽는 것, 우유가 상하는 것, 음식을 소화하는 것은 모두 화학 변화입니다. 철이 녹슬 때는 회색 금속과 산소 기체가 부서지기 쉬운 붉은 갈색 고체로 바뀝니다: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃. 가스레인지에서 천연가스가 탈 때는 메테인과 산소가 이산화 탄소와 물로 바뀝니다: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.

화학 변화의 징후

원자가 다시 배열되는 모습은 눈에 보이지 않지만 단서를 찾아볼 수 있습니다. 가장 흔한 다섯 가지 징후는 단순히 색을 섞은 것이 아닌 색 변화, 기체의 발생(기포나 거품), 두 액체를 섞었을 때 고체가 생기는 현상(앙금이라고 합니다), 온도 변화, 빛의 방출입니다. 새로운 냄새도 단서가 될 수 있습니다.

베이킹 소다와 식초를 섞으면 두 가지 징후를 동시에 볼 수 있습니다. 이산화 탄소 기체가 생겨 거품이 일고, 혼합물이 약간 차가워집니다. 반응식은 NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂입니다. 타는 양초는 열과 빛을 내고, 자른 사과는 공기 중의 산소와 반응하여 갈색으로 변합니다.

단서가 오해를 부를 수도 있습니다

징후는 힌트일 뿐 증거는 아닙니다. 물이 끓을 때 기포가 생기지만 그 기포는 수증기일 뿐이므로 끓음은 물리 변화입니다. 파란색과 노란색 물감을 섞으면 초록색이 되지만, 물감이 섞였을 뿐 새로운 물질로 바뀐 것은 아닙니다. 빛나는 전구는 빛과 열을 내지만 전구가 새로운 무언가로 바뀌지는 않습니다.

확실히 판단하려면 화학식이 다른 새로운 물질이 생겼는지 물어보세요. 변화를 되돌리기 쉬운지도 유용한 힌트입니다. 녹은 얼음은 다시 얼지만, 타 버린 성냥은 다시 성냥이 될 수 없습니다. 하지만 모든 물리 변화가 되돌리기 쉬운 것은 아닙니다. 깨진 접시는 깨진 채로 남기 때문입니다.

나란히 비교해 보기

짝을 지어 비교하면 차이가 분명해집니다. 버터를 녹이는 것은 물리 변화이지만 토스트를 태우는 것은 화학 변화입니다. 물을 끓이는 것은 물리 변화이지만 물에 전기를 흘려 수소 기체와 산소 기체로 분해하는 것은 화학 변화입니다: 2H₂O → 2H₂ + O₂. 종이 한 장을 찢는 것은 물리 변화이지만 불태우는 것은 화학 변화입니다.

화학자들은 물리적 성질과 화학적 성질에 대해서도 이야기합니다. 색, 밀도, 녹는점 같은 물리적 성질은 물질을 변화시키지 않고도 관찰할 수 있습니다. 불에 타는지, 산과 반응하는지 같은 화학적 성질은 화학 변화가 일어날 때에만 나타납니다.