물을 얼리면 부피가 늘어나는 원리를 설명해주세요~
안녕하세요.
물을 얼리면 부피가 늘어나는데 이것이 원래 부피가 줄어드는게 정석이라 하더라구요
왜 줄어야 하는지 궁금하구요 실상은 왜 늘어나는지 궁금해요~
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.물이 얼어서 고체가 되면 부피가 늘어나는 원리는 물 분자의 구조와 밀도 변화와 관련이 있습니다.
일반적으로 물 분자는 수소 원자 두 개와 산소 원자 하나로 이루어져 있으며, 분자들은 서로 수소 원자와 산소 원자 간에 수소 결합으로 연결됩니다. 이 때, 물 분자들 사이의 거리가 가장 작을 때는 액체 상태일 때입니다.
하지만 물이 얼어서 고체가 되면, 물 분자들이 정렬되면서 수소 결합이 강해집니다. 이렇게 강해진 수소 결합은 분자들 사이의 거리를 멀어지게 하고, 이는 고체 물의 부피가 액체 물보다 더 크다는 것을 의미합니다.
따라서, 물이 얼어서 고체가 되면 부피가 늘어납니다. 이러한 현상은 물 이외의 다른 물질들에도 나타나며, 이를 용체와 고체의 상변화 시 부피 변화라고 합니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
물을 얼리면 부피가 늘어나는 원리는 물의 수소 원자와 산소 원자 사이의 결합 구조에 기인합니다. 물 분자는 1개의 산소 원자와 2개의 수소 원자로 이루어져 있으며, 이들은 공유 결합으로 서로 결합되어 있습니다.
물 온도가 낮아지면 분자 내부의 에너지가 감소하면서 분자의 운동 에너지가 줄어들게 되고, 이는 결국 분자 간의 거리를 늘리게 됩니다. 이때, 물 분자 간의 거리가 멀어지면서 수소 원자와 산소 원자 간의 결합 구조가 변화하게 됩니다. 수소 원자와 산소 원자 간의 결합 구조가 변화하면, 결합 강도가 약해지고 전체 물 분자의 크기가 커지게 됩니다.
이러한 원리로 인해 물은 온도가 낮아지면 고체 상태로 변하면서 부피가 늘어나게 됩니다. 이를 물의 비열이라고도 하는데, 물의 비열은 약 9% 정도입니다. 즉, 물 한 단위의 부피가 얼음으로 변할 때, 부피는 약 9% 정도 커지게 됩니다.
안녕하세요. 주영민 과학전문가입니다.
대부분의 물질은 고체(=얼면)가 되면서 부피가 작아집니다
분자 사이 간격이 좁아지기 때문이죠.
그런데 물은 아닙니다.
왜 그럴까요?
왜냐하면 물 분자 구조는 마치 미키마우스 얼굴처럼 생겼습니다.
큰 귀 2개와 얼굴 1개와 같이 입체적으로 생겼습니다
그래서 얼굴쪽은 음성, 귀 부분은 양성을 띕니다.
이러한 극성 성질로 인하여 물분자는 고체상태에서 마치 손을 잡고 있는 듯이
분자끼리 손을 잡게 되고 그러면서 오히려 분자 간 간격이 더 늘어나게 됩니다.
마치 우리가 운동장에서 팔벌려서 좌우로 나란히 하는것과 같죠
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
물 상태의 분자는 매우 자유롭고 불규칙한 상태입니다.
하지만 물의 온도가 내려가면서 물 분자들이 규칙적으로 배열되면서 고체인 얼음이 됩니다.
이때 물 분자의 구조적인 특징 때문에 배열된 분자들 사이에 공간이 생기게 되고, 이로 인해 부피가 늘어나게 됩니다.