물은 왜 고체인 얼음이 될 때 부피가 늘어나나요?
대부분의 물체는 고체가 되면 부피가 줄어드는데 왜 물은 얼음이 되면 부피가 늘어나는 걸까요?
물 이외에도 액체에서 고체로 상태변화시 부피가 증가하는 물질이 있나요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
물이 얼음이 되면 부피가 늘어나는 것은 물의 분자 구조와 관련이 있습니다. 물 분자는 수소 원자 두 개와 산소 원자 하나로 이루어져 있으며, 이들은 서로 공유 결합으로 결합합니다. 이 공유 결합은 물 분자가 약간의 평행 이온 구조를 갖도록 만듭니다.
얼음은 고체 상태에서 결정 구조를 갖습니다. 이것은 물 분자가 얼음의 구조 안에서 정렬되어 있음을 의미합니다. 이 구조 안에서 분자 간 거리가 멀어지기 때문에 부피가 늘어나는 것입니다. 또한, 얼음은 고체이기 때문에 각 분자는 고정된 위치에 있으며, 물 분자 간의 운동이 제한됩니다. 이것도 부피가 늘어나는 요인 중 하나입니다.
안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.
물이 얼음으로 변할 때 부피가 늘어나는 현상은 물의 유동성과 관련된 성질 때문입니다. 물은 결정체인 얼음보다 분자 간 거리가 더 가깝기 때문에 물 분자가 얼음으로 배열될 때 공간이 더 많이 필요합니다. 이는 얼음의 밀도가 약간 낮아지고 부피가 약간 커지는 현상을 발생시킵니다. 이러한 이유로 물이 얼어서 얼음이 된 후에는, 같은 양의 물과 얼음을 비교하면 얼음의 부피가 조금 더 크다는 것을 확인할 수 있습니다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.대부분의 물질은 고체 상태로 전이될 때 분자 간 거리가 가까워지기 때문에 부피가 줄어듭니다. 하지만 물은 액체 상태에서 고체 상태로 전이될 때 분자 간 결합력이 강해지면서 결정 구조가 형성되고 결정 구조 안에서 분자 간 간격이 넓어지기 때문에 부피가 늘어나는 것입니다. 이러한 현상은 물의 밀도가 고체 상태인 얼음에서는 액체인 물보다 낮은 이유이기도 합니다.
물 이외에도 금속 같은 일부 물질에서는 액체에서 고체로 전이될 때 부피가 늘어나는 현상이 관찰됩니다. 이는 고체 상태에서는 분자 간 거리가 액체보다 더 멀어지지만, 결정 구조 안에서 분자 간 간격이 더 넓어지기 때문입니다. 하지만 이러한 물질들의 부피 변화는 물의 경우와는 크게 다르지 않습니다.
안녕하세요. 지경향 과학전문가입니다.
얼음의 구조는 육각형이라서 둥근 모양의 물보다 부피가 약 10%정도 더 커지게 됩니다. 고체가 될 때 부피가 대부분 작아지고, 물이외에는 없는 것으로 압니다.
안녕하세요.
보통의 다른 물질과는 달리 얼음은 액체 상태인 물보다 분자 간 간격이 넓어지게 됩니다. 얼음 분자들은 결정 구조를 형성하면서 공간이 많이 생기기 때문에, 액체 상태의 물보다 밀도가 낮아지게 됩니다.
이것은 즉, 물이 얼면 액체 상태일 때보다 더 많은 공간을 차지하게 되어 부피가 증가하게 되는 것입니다.
그 결과 액체 상태의 물 위에 얼음이 떠다니는데
물이 얼면 부피가 증가하는 것은 물 분자의 독특한 특성 입니다
안녕하세요. 정성목 과학전문가입니다.
물은 분자 구조의 고유한 특성 때문에 얼음이 되면 부피가 팽창합니다.
물 분자는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개로 구성되며 V자 모양으로 배열됩니다. 액체 형태에서 이러한 분자는 끊임없이 움직이고 서로 상호 작용하므로 물이 흐르고 용기의 모양을 갖게 됩니다.
그러나 물이 얼고 얼음으로 변하면 분자 속도가 느려집니다. 그리고 서로 멀리 떨어져 움직입니다. 이로 인해 V자형 분자가 사이에 열린 공간이 있는 결정 구조로 배열되어 격자와 같은 수소 결합 네트워크를 생성합니다.
얼음 격자의 수소 결합은 이것은 얼음의 부피가 그것이 형성된 액체 물의 부피보다 더 크다는 것을 의미합니다. 이러한 부피의 팽창으로 인해 액체 상태의 물 위에 얼음이 뜨게 되고 수도관 내부의 물이 얼고 팽창할 때 수도관이 터질 수 있는 이유이기도 합니다.
물이 얼면서 팽창하는 이러한 특성은 매우 중요합니다. 겨울에는 수역이 완전히 응고되지 않고 얼어 수중 생물이 생존하기 어렵기 때문입니다.
