응집

응집 (凝集, Cohesion)은 물질을 구성하는 입자들 사이에 작용하는 인력에 의해 물질이 뭉쳐져 있는 현상을 의미한다. 넓은 의미로는 유사한 성질을 가진 것들이 한데 뭉치는 현상을 비유적으로 표현할 때도 사용된다. 여기서는 물리적, 화학적 의미의 응집에 대해 주로 설명한다.

물리학 및 화학에서의 응집

응집력은 분자 또는 원자 사이의 인력에 의해 발생하며, 물질의 상태 (고체, 액체, 기체)와 밀접한 관련이 있다. 응집력은 분자 간 거리가 가까울수록 강하게 작용하며, 온도가 높아질수록 분자 운동이 활발해져 응집력을 약화시키는 경향이 있다.

• 응집력의 종류: 응집력은 다양한 종류의 분자 간 힘에 의해 발생한다. 주요 응집력의 종류는 다음과 같다.

  • 반 데르 발스 힘 (Van der Waals Force): 모든 분자 사이에 작용하는 약한 인력으로, 런던 분산력, 데바이 힘, 키섬 힘 등을 포함한다. 분자의 순간적인 쌍극자 모멘트 때문에 발생한다.
  • 수소 결합 (Hydrogen Bond): 전기음성도가 큰 원자 (산소, 질소, 플루오린 등)에 결합된 수소 원자와 다른 분자의 전기음성도가 큰 원자 사이에서 발생하는 강한 쌍극자-쌍극자 상호작용이다.
  • 이온 결합 (Ionic Bond): 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력에 의해 형성되는 결합이다. 일반적으로 금속과 비금속 원소 사이에서 발생하며, 강한 응집력을 나타낸다.
  • 공유 결합 (Covalent Bond): 원자들이 전자를 공유하여 형성하는 결합이다. 분자 내에서 원자들을 강하게 결합시키는 역할을 하며, 응집력에도 기여한다.
  • 금속 결합 (Metallic Bond): 금속 원자들이 자유 전자를 공유하며 형성하는 결합이다. 금속의 높은 전기 전도성, 열 전도성, 연성, 전성 등의 특성을 나타내는 원인이 된다.

• 응집력과 물질의 상태:

  • 고체: 분자 간 거리가 매우 가깝고 응집력이 매우 강하여 일정한 형태와 부피를 유지한다.
  • 액체: 분자 간 거리가 고체보다는 멀지만, 응집력이 어느 정도 작용하여 일정한 부피를 유지하지만 형태는 변한다.
  • 기체: 분자 간 거리가 매우 멀고 응집력이 거의 작용하지 않아 일정한 형태와 부피를 가지지 않는다.

• 응집력의 예시:

  • 물방울이 둥근 모양을 유지하는 것은 물 분자 간의 응집력 (표면 장력) 때문이다.
  • 접착제가 물체를 붙이는 것은 접착제 분자와 물체 표면 분자 간의 응집력 및 부착력 때문이다.
  • 금속이 높은 강도를 유지하는 것은 금속 원자 간의 금속 결합에 의한 강한 응집력 때문이다.

응집과 관련된 용어

• 부착 (Adhesion): 서로 다른 물질 사이의 인력에 의해 두 물질이 붙어 있는 현상이다. 응집과 함께 고려되는 개념이다.
• 표면 장력 (Surface Tension): 액체 표면의 분자들이 안쪽으로 끌어당겨져 표면적을 최소화하려는 힘이다. 액체 분자 간의 응집력 때문에 발생한다.
• 점성 (Viscosity): 액체의 흐름에 대한 저항을 나타내는 물리량이다. 액체 분자 간의 응집력과 관련이 있다.