물은 섭씨 0도씨 이하의 온도에서는 얼음이 되고, 100도 이상의 온도에서는 수증기가 된다. 이렇게 전이 온도(transition temperature) 라고 부르는 온도를 기준으로 물질의 상태가 변하는 현상을 상전이(phase transition)라 부른다. 상전이는 온도뿐 아니라 압력, 외부 자기장과 같은 다른 변수에 의해서도 일어난다. 상전이 전후로 물질은 전혀 다른 성질을 갖게 되지만, 물질을 구성하는 성분이 바뀌는 것은 아니다. 물이 상전이를 겪으며 된 얼음과 수증기가 모두 같은 H2O 분자로 이루어져 있는 것처럼 외부 조건에 따라서 분자들의 배열이 바뀌는 것뿐이다. 어는점 아래에서는 분자들이 서로 단단하게 결합되어 분자들이 움직일 수 없는 고체 상태가 되고, 끓는점 위에서는 분자들이 따로 행동하는 기체 상태가 되는 것처럼 말이다. 이렇게 상전이를 겪는 이유는 외부 조건에 따라, 분자들이 해당 조건에서 가장 안정적인 (에너지가 낮은) 상태에 도달하려고 배열이나 상호 결합 상태를 바꾸기 때문이다.
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