물을 얼면 부피가 상승하는 이유가 궁금합니다.
다른 물질등은 온도를 매우낮게 유지하면 물질의 부피가 줄어들게 되는데요. 어째서 물을 얼면 부피가 상승하는 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
물이 얼 때 부피가 늘어나는 원리는 물 분자는 극성을 띠며, 분자 사이에는 수소 결합이라는 약한 인력이 형성됩니다. 이 수소 결합은 얼음이 될 때 분자들이 정해진 각도와 간격으로 배열되도록 만듭니다. 얼음은 물 분자들이 육각형 구조를 이루며 고정된 결정 구조를 가지게 되는데, 이 구조는 비교적 느슨하고 빈 공간이 많아서 동일한 질량의 액체 상태보다 고체 상태일 때 밀도가 낮고, 부피는 커지게 됩니다.
일반적으로 고체는 액체보다 밀도가 높지만, 물은 4°C일 때 가장 밀도가 높고, 그 이후 온도가 더 내려가면 오히려 밀도가 낮아지다가 얼음이 되면 부피가 확 늘어나면서 얼음이 물에 뜰 수 있게 됩니다.
1명 평가안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
실제로 액체가 고체가 될때 부피가 줄어들지만 물의 경우는 부피가 9% 정도 늘어나게 됩니다.
이는 물 내부에 있는 물 분자가 서로 수소결합 이라는 것을 하기 때문입니다. H2O 의 형태로 존재하는데 산소 하나에 수소 두개가 연결되어 있어 구부러진 구조를 갖고 있습니다. 이러한 구부러진 구조 때문에 산소는 음전하 수소전하는 양전하를 강하게 띄고 있습니다.
그래서 고체 상태가 되면 물 분자간의 거리가 가까워지는데 4도 정도가 되었을 때 물분자간의 배열이 육각형 형태로 안정적인 구조를 취하게 되면서 더이상 가까워지지 않으면서 그 사이에 공간을 만들게 됩니다. 이때 부피가 커지게 됩니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)
안녕하세요. 정철 박사입니다.
물분자는 얼게되면 분자 배열이 규칙적으로 자리를 잡게되면서 얼기전보다 그 간격이 넓어져서 부피가 증가하는것입니다