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.