물을 얼리면 부피가 커지는 이유?
냉동실에 PT병이나, 생수를 얼리면 빵빵하게 부풀어올라서 부피가 증가된것을 확연히 볼수 있는데요.
부피가 증가하는 원인을 알고 싶어요.
물은 다른 액체와 달리 영상 4도에서 부피가 가장 작은 무거운 상태가 되고, 온도가 낮아질수록 부피가 증가하여 가벼운 상태가 된다. 추운 겨울에도 호수나 강이 표면부터 얼어들어가 물고기 등 생명체가 살아갈 수 있는 환경이 조성되는 이유다. 그러나 물이 이같은 변화를 일으키는 원인에 대해서는 다양한 이론만 존재해왔다. 펨토초(1000조분에 1초) 단위로 빠르게 이루어지는 물의 구조 변화를 실험적으로 관찰할 수 없기 때문이다.
물은 결합 방식이 다른 두개의 구조가 동시에 존재하는 것으로 나타났다. 수소 두개와 산소 원자 한개로 이루어진 물 분자는 여러개가 결합해 하나의 '클러스터'를 형성한다. 이 클러스터의 구조가 한개가 아닌 두 개였던 셈이다. 4도 이하의 환경에서는 물을 구성하고 있는 클러스터의 구조가 밀도가 낮고 가벼운 것으로 나타났다. 따라서 물이 0도에 가까워질수록 가벼운 구조가 늘어나면서 얼음의 부피는 점점 커졌다. 영하 44도가 되면 두 가지 구조가 같은 비율을 같는 것으로 나타났다. 또한 물이 갖고 있는 두가지 구조는 동시에 존재하며 두 상태가 서로 바뀌는 '요동현상(fluctuation)'이 나타남을 밝혀냈습니다.
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
액체상태에서 물분자는 매우 자유분방하게 움직입니다.
하지만 고체상태의 물분자는 매우 규칙적으로 배열됩니다.
자유분방하던 액체상태의 물분자가 규칙적인 배열을 이루며 얼음으로 변하는 것인데요, 그 과정에서 규칙적 배열에는 분자들간 상당한 공간이 발생하게 되고 그 때문에 고체상태일 때가 액체상태일 때보다 부피가 커지는 것입니다.
안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.
물의 온도가 내려감에 따라, 불규칙하게 움직이던 물 분자들이 규칙적으로 배열되면서 사이사이 공간이 생겨 부피가.늘어나는 것입니다
물의 온도가 내려가면 어는점으로 인해 불규칙하게 움직이던 분자(액체)들이 규칙적으로 배열되게 됩니다.
이 규칙적으로 배열이 되는 것이 고체인 얼음입니다.
이때 물 분자가 고르게 배열이 되면서 분자들 사이에 빈 공간이 생겨 부피가 커지게 됩니다.
보통 물질은 액체에서 고체로 변하면 부피가 감소하는데 물은 고체인 얼음으로 변하면 오히려 부피가 증가한다. 물이 얼면 수소결합들이 100%가 되고 결합기둥이 네 방향으로 똑바로 선 구조를 만들어,액체보다 빈 공간이 많아지기 때문이다. 얼음이 녹으면 부분적으로 결합기둥이 눕혀지고 무너져서 빈 공간이 메워지므로,액체가 되면서 밀도가 높아지며 부피가 감소한다. 그러나 액체인 경우에도 수소결합은 여전히 많아서 유일한 물의 성질을 가지게 된다.
출처 : https://www.busan.com/view/busan/view.php?code=20031219000043
안녕하세요. 김계민 과학전문가입니다.
액체인 물이 고체로 변하면 부피가 약9%상승합니다.
액체중 물이 이러한 특성을 갖고 있는데요.
물분자 사이에는 수소결합이 있어서 많은 특징이 나타납니다.(*수소결합:물분자끼리 서로 결합시키는 힘)
얼음의 물분자는 4개의 다른 물분자와 수소결합을 이루고, 얼음은 수소결합으로 빈공간이 많은 구조를갖게 되어 부피가 상승됩니다.
이러한 이유로 물이 얼면 부피가 커지는 이유입니다.
도움이 되시길 바랍니다.
안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.
안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.
물이 얼면 육각형모양으로 수소결합을하며 중간에 빈 공간이 생기게 됩니다
따라서 부피가 증가하게 되는것 입니다
