물을 얼리면 왜 부피가 늘어나게 되는건가요?

Question

물을 얼리면 부피가 늘어나던데요 왜 물을 얼리면 부피가 늘어나는건가요? 부피가 늘어나는만큼 무게도 더 증가하게 되는건가요? 궁금합니다

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물이 얼면 부피가 늘어나는 이유는 물의 분자 구조에 있습니다. 물은 액체 상태일 때 수소 원자와 산소 원자 사이에 수소 결합이 형성되어 있습니다. 이 수소 결합은 물 분자들을 서로 유대시키고 함께 유지시키는 역할을 합니다.

그러나 물이 얼면, 물 분자들이 일정한 패턴과 공간 구조를 형성하게 됩니다. 얼음 구조에서는 물 분자들이 정렬되어 공간을 차지하게 되는데, 이 구조는 물 분자들 사이의 거리가 멀어지고 평균 간격이 커짐을 의미합니다. 따라서 물이 얼게 되면 수소 결합에 의한 분자 간의 접촉이 줄어들고, 이로 인해 부피가 늘어나는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

증발하지 않았다는 가정하에 부피는 증가하나, 질량은 유지됩니다.

대부분의 물질은 액체에서 고체로 되면서 부피가 줄어듭니다. 하지만, 물의 경우는 특별합니다. 물이 얼음이 되면서 부피가 커집니다. 혹시, 페트병에 물을 넣어 얼린경험이 있으시다면 바로 알아채실겁니다. 페트병에 물이 얼어있으면 빵빵하게 돼버리는데, 얼음이 물보다 부피가 크기 때문이죠. 물 분자는 액체 상태에서 자유롭게 있다가 어는점이 되면서 배열을 이룹니다. 이 때 6각 배열로 정렬하면서 얼음(고체)이 되는데, 6각 배열은 기존 물 분자 6개가 있던 공간보다 큰 공간을 차지합니다. 또한 6각 구조 내부로는 물 분자가 위치하지 않게 되죠. 이러한 원리로 얼음이 되면서 부피가 커진거죠. 그리고 증발하지 않았다는 가정하에 물의 질량은 여전히 얼음의 질량과 같습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

물을 얼리면 부피가 늘어나는 이유는 물 분자들이 얼 때 규칙적으로 배열되기 때문입니다. 물 분자는 극성 분자이기 때문에 서로 인력이 작용합니다. 이 인력은 물 분자들을 서로 끌어당기는데, 얼 때는 이 인력이 더욱 강해집니다. 이로 인해 물 분자들은 규칙적으로 배열되어 얼게 됩니다. 규칙적으로 배열된 물 분자들은 덜 빽빽하게 배열되어 있기 때문에 부피가 늘어나게 됩니다