물질이란 무엇일까?

#1 물질이란?

물질의 고전적 정의는 물체를 이루는 존재이다. 이에 따라 물질은 질량과 부피를 갖는 존재로 정의되기도 한다. 그러나, 양자역학의 도입으로 물질에 대한 이러한 개념은 수정되어야 하였다. 양자역학의 발견결과는 "질량을 갖는다"거나 "공간을 차지한다"는 것이 물질을 정의하는 명료한 개념이 될 수 없다는 것을 보여주었다. 양자역학을 연구하는 물리학자들은 질량과 부피가 물질 고유의 속성이 아니라 "기본 단위"의 상호 작용에 의해 변화되는 것이라는 점을 발견하였다. 이를 물질의 상관 이론이라 한다.

 

 

물질에 대한 개념은 기본 단위와 이것의 상호 작용을 발견하면서 재정의되어 왔다. 18세기 초 아이작 뉴턴은 물질을 "내부가 채워져 있고, 질량을 가지며, 단단하고, 관통할 수 없으며, 운동하는 입자"로서 "더 이상 나뉠 수 없을 정도로 단단한 것"이라 보았다. 뉴턴은 질량, 부피와 같이 수학적으로 서술할 수 있는 것들을 물질의 일차적 특성으로 보았고 색, 맛과 같은 것들은 부차적 성질로 규정하였다. 19세기에 들어 주기율표와 원자 이론이 발전하면서 원자가 분자와 화합물을 이루는 기본 입자로 여겨지게 되었다

 

 

#2 물질의 정의

물질적 정의

물질에 대한 일반적인 정의는 질량과 부피를 갖는 존재이다. 이러한 정의를 따르면 자동차 등도 무게가 있으며 공간을 차지하므로 하나의 물질로 간주할 수 있다

사람들은 아주 오래전부터 물질을 관찰하여 왔으나 물질이 왜 공간을 차지하는지에 대한 이론은 최근에야 정립되었다. 파울리 배타 원리에 의하면 같은 양자 상태에 두 개의 동일한 페르미온이 존재할 수 없다. 이에 따라 물질은 중첩되지 않는다. 파울리 배타 원리를 극명하게 보여주는 천체로는 백색왜성과 중성자별 등이 있다.

 

 

국제도량형총회의 산하기관인 국제도량형사무국은 물질에 대해 "존재의 총합"이란 용어로서 정의하고 있다

"존재의 총합"은 특정 표집이 그와 동일한 모든 표집에 대하여 수량적 비례 관계에 있는 요소들로 이루어져 있는 경우로 정의한다. 존재의 총합의 단위는 몰이라하고 mol로 표기한다. 탄소 12의 원자가 1 몰 있을 때의 질량을 0.012 kg, 즉 12 g이라 한다.

• 1. 탄소 12의 원자가 1 몰 있을 때의 원자 수량에 해당하는 수량과 같은 수량을 갖는 존재의 총합을 1 mol이라 한다.
• 2. 몰로 표기될 수 있는 존재는 원자, 분자, 이온, 전자, 또는 기타 입자이며 열거한 입자들이 결합되어 있는 경우를 포함한다.

 

#3 물질의 분류

물질은 환경에 따라 여러 가지 상을 갖는다. 물질의 상은 온도, 압력, 부피에 따라 변화한다. 물질의 상이 변화하면 이와 관련된 밀도, 비열용량, 굴절률과 같은 물리 화학적 특성역시 변화한다. 물질의 상으로는 고체, 액체, 기체가 널리 알려져 있다. 이 외에도 플라스마, 초유체, 초고체, 보스-아인슈타인 응축과 같은 상이 있다. 이러한 물질의 상은 특성에 따라 유체, 자성체등으로 분류할 수도 있다. 액체, 기체, 플라스마와 같이 흐르는 성질을 갖는 물질의 상을 유체라 하며 상자성이나 강자성을 보이는 상을 자성체라 한다. 플라스마는 유체의 특성과 상자성의 특성을 모두 갖고 있다.

 

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물질에 대한 기본적인 개념은 알고 있었지만, 자세히 들여다보니 처음 알게된 정의와 분류가 많더라구요.

여러분들도 이 포스팅을 보면서 많은 개념들을 익히셨으면 좋겠습니다!