물이4도에서 밀도가 가장큰 이유는?

2022. 01. 17. 23:33

물이 왜 4도일때 밀도가 가장 크나요?

밀도=질량/부피 인데 왜 하필 약 4도때에 부피가 가장 작나요? 그리고 이정도 밀도 차이로 4도 미만의 물이 4도의 물 위로 떠오를 수 있나요? 진짜 궁금 합니다.

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총 5개의 답변이 있습니다.

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국가연구원 연구원

안녕하세요. 과학전문가입니다.

물의 분자구조에 기인하여 그런 현상이 일어난 것입니다. 차분히 하나하나 설명해드리겠습니다.

물은 꺽쇠모양의 분자구조를 가지고 있습니다.

이런 것들이 자유롭게 떠돌아다니면서 서로 상호작용을 하고 있지요. 그럼 얼음의 형태를 한번 볼까요?

소스 이미지 보기

무언가 복잡해 보이시겠지만 딱 두가지만 눈여겨 보시면 됩니다.

1. 규칙적으로 연결되어 배열하고 있다.

2. 생각보다 공간이 넓다.

그림 보시면 얼음구조가 되었을때 공간이 넓지요? 저 구멍 사이사이에 물분자들을 더 넣을 수 있을 만큼이요.

물이 액체일때 물분자가 자유롭게 돌아다닐 수 있는데 온도가 높아질 수록 활동성이 많아지기 때문에 서로간의 거리가 증가하고, 온도가 낮아질 수록 서로간의 거리가 감소합니다. 그리고 물분자간 거리가 증가할 수록 같은 부피안의 물분자 개수는 줄어들기 때문에 밀도는 감소합니다.

그럼 4도의 물은 상온보다 밀도가 높겠죠. 그리고 얼음구조보다 더 빽빽하게 물분자가 있을 겁니다. 따라서, 밀도가 높습니다. 물의 특성 상 0~3도는 얼음으로 가기 위한 구조를 일부 가지기 때문에 밀도가 4도보다는 낮게 형성됩니다.

쉽게 예를 들면, 물에 얼음을 넣으면 얼음이 물에 뜨지요? 얼음의 밀도가 물보다 낮아서랍니다. 숫자적으로 말씀드리면 얼음이 물상태일때보다 부피가 약 9%정도 더 증가합니다. 물을 가득채워 꽝꽝얼리면 터지는 이유, 겨울철에 수도관이 터지는 이유도 다 같은 이유이지요.

2022. 01. 18. 07:29
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    신약연구소 바이오팀

    안녕하세요. 이성현 과학전문가입니다.

    물은 기본적으로 온도가 올라가면 물 분자의 열 운동이 활발하기 때문에 팽창하여 밀도가 작아지고, 온도가 떨어지면 물 분자의 열 운동이 둔해지기 때문에 수축하여 밀도가 커집니다. 그런데 4°C 이하에서는 팽창한 물 분자의 구조가 많아져서 밀도가 작아지는 것입니다.

    2022. 01. 18. 11:09
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      한화솔루션/미래기술연구센터

      안녕하세요. 배영광 과학전문가입니다.

      물분자(H2O)들간의 수소결합이 섭씨4도씨에서 다 깨지게 되면서 이때 물의 부피가 최소가 됩니다.

      따라서 물의 밀도는 가장 높습니다.

      감사합니다.

      2022. 01. 19. 16:06
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        이화여자대학교 과학교육과

        안녕하세요. 한선옥 과학전문가입니다.

        고체는 액페보다 부피가 작고

        모은 액체는 온도가 올라가면 부피가 팽창 합니다만

        물은 예외입니다

        물은 액체보다 고체의 부피가 커서 물이 얼면 얼음이 되면서 수도관이 동파됩니다

        이것은 물의 특수한 분자구조 때문입니다

        물의 밀도가 4도에가 가장 작은것도 물분자의 특수한 분자구조 때문입니다

        물질은 밀도가 크면 아래고 밀도가 작으면 위로 뜹니다

        그러니 4도의 물이 아래에 있고 4도 이하의 물이나 4도 이상의 물은 그위에 있게 됩니다

        2022. 01. 19. 18:12
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          엘지에너지솔루션

          안녕하세요. 정경환 과학전문가입니다.

          밀도는 단위 부피당 질량을 의미하는데, 섭씨 4도씨에서는 물분자들간의 결합이 깨지게 되고 물의 부피가 최소가 됩니다. 따라서 4도에서 물의 밀도는 가장 커지게 됩니다

          2022. 01. 19. 21:56
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