물이 4도 섭씨도에서 가장 밀도가 높아지는 것은 어떤 원리인가요?

Question

물의 밀도는 온도에 따라 변하며, 4도 섭씨도에서 가장 높은 밀도를 가진다고 알려져 있는데요. 물의 밀도가4도 섭씨도에서 가장 높은 밀도가 되는 것은 어떤 원리인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.

물이 4도 섭씨도에서 가장 밀도가 높아지는 이유는 수소와 산소 원자들이 결합하여 이루는 분자인 물 분자의 특성 때문입니다. 물 분자는 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어져 있으며, 이 분자들은 결합 강도와 각도, 전하 밀도 등의 특성 때문에 서로 극성을 띠고 있습니다.

물 분자들이 서로 극성을 띠기 때문에 물 분자들은 서로 인접하게 위치하게 될 때 서로의 전하를 중심으로 정렬하게 되는데, 이때 물 분자들 사이의 평균 거리가 최소화되면서 밀도가 증가합니다. 이러한 현상으로 인해 물은 4도 섭씨도에서 가장 밀도가 높아지게 되며, 이후 더 많은 열을 흡수하면서 분자 간 거리가 멀어지고 밀도가 감소하게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물의 밀도는 온도에 따라 변화합니다. 일반적으로 물의 온도가 낮아질수록 밀도는 증가합니다. 하지만 물은 4도 섭씨도에서 가장 높은 밀도를 갖습니다. 이는 물 분자들이 4도 섭씨도에서는 양쪽 방향으로 움직이는 물 분자들이 서로 충돌하면서, 서로를 밀어내는 현상이 일어나기 때문입니다. 이런 현상으로 인해 물이 4도 섭씨도에서 가장 높은 밀도를 갖게 됩니다. 따라서 물이 얼어서 얼음이 되면, 그 밀도는 물보다 적어져서 물 위에 떠오르게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.물이 4도에서 밀도가 가장 높은 이유는 수소 결합(hydrogen bonding)의 특성 때문입니다.

물의 분자 구조는 분자 내부에서 산소 원자가 두 개의 수소 원자와 공유 결합하고 있습니다. 이로 인해 물 분자는 V자 형태를 띄며 분자들 사이에 수소 결합이 형성됩니다. 이 수소 결합은 물 분자들 사이의 인력을 증가시키며, 이는 물의 밀도와 관련이 있습니다.

일반적으로 물은 높은 온도에서는 분자들이 빠르게 움직이기 때문에 상대적으로 밀도가 낮아지고, 낮은 온도에서는 분자들이 움직임이 둔해져서 밀도가 높아집니다. 그러나 물의 수소 결합은 물 분자들이 서로 묶이게 되어 밀도를 증가시킵니다. 이 수소 결합은 4도 근처에서 가장 강력해지며, 이 때 물의 밀도가 가장 높아집니다. 따라서 물은 4도에서 가장 밀도가 높게 되고, 이후에는 온도가 내려갈수록 물의 밀도가 낮아지게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 서정원 과학전문가입니다.

믈분자가 4도씨일때 물분자 사이의 결합길이그 가장 작아져서 서로 인접한 배열로 바뀌죠.

그렇게 되면 같은부피속에 더 많은 물분자가 놓이에 되고

즉, 부피분에 질량(질량/부피=밀도)에 의해 밀도가 커지고

아랫쪽으로 가라앉게 되죠!

Answer 5

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

물의 성질 중 하나입니다.

4도에서 물은 분자 결합이 깨지고 뭉쳐지며 가장 작은 부피를 가지게 됩니다. 그래서 4도에서 물의 밀도가 가장 커지게 됩니다.

이후 온도가 더 낮아지면 분자간 결합이 재조정되며 오히려 부피가 커지게 됩니다.

때문에 얼음은 물보다 부피가 9% 가량 증가하게 됩니다.