물이4도에서 밀도가 가장큰 이유는?
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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?
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.
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