물은 왜 얼어서 얼음이 되면 부피가 커지는 것인가요?

Question

물을 병에 담아서 얼릴 때는 부피가 커지기에 완전히 채우면 안됩니다. 그런데 일반적으로 고체, 액체, 기체로 가면서 부피가 점점 커지는 것으로 알고 있는데 어째서 물은 반대로 고체가 됐을 때 부피가 더 커지나요?

Answer 1

안녕하세요. 이동호 과학전문가입니다.

말씀하신 대로, 대부분의 물질은 기체-액체-고체 순으로 부피가 줄어듭니다.

하지만 물의 경우, 물 분자가 수소결합으로 이루어져있고,

어는점에 도달할때 6각형 배열로 정렬되며 고체(얼음)이 됩니다.

이 6각형 배열은 기존 물 분자 6개가 차지하고 있던 공간보다 더 큰 공간을 차지합니다.

이러한 이유로 얼음이 물보다 부피가 커지게 되는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 안상우 과학전문가입니다.

물이 열면서 부피가 증가하는 이유는 물의 온도가 내려 가면서 불규칙하게 움직이던 물분자들이 규칙적으로 배열 되기 때문입니다.

Answer 3

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.

물이 액체에서 고체가 되면 분자간의 거리가 정렬이 되면서 늘어나게 됩니다.

이로 인해 부피가 커지는 것입니다.

Answer 4

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

물은 대부분의 다른 물질과 달리 매우 독특한 물질입니다. 대부분의 물질은 액체에서 고체로 변화될 때 부피가 줄어듭니다. 하지만 물은 액체에서 고체로 변화될 때 부피가 증가합니다. 물을 유리병에 가득 넣은 후 냉장고에 얼렸을 때, 유리병이 깨지는 경우가 있는데, 물이 액체 상태에서 고체 상태로 변하면서 부피가 늘어났기 때문입니다. 물 분자는 한 개의 산소 원자와 두 개의 수소 원자로 이루어져 있습니다. 물의 온도가 내려감에 따라, 불규칙하게 움직이던 물 분자들이 규칙적으로 배열되면서 고체인 얼음이 되는데, 이때 물 분자의 구조적인 특징 때문에 배열된 분자들 사이에 공간이 생기게 되고, 이로 인해 부피가 늘어나게 됩니다. 물의 밀도가 가장 높아지는 온도는 영상 4도, 정확하게는 영상 3.98도입니다. 이때 밀도는 ㎥당 1000㎏입니다. 반면 얼음의 밀도는 917㎏/㎥인데, 물은 얼면서 부피는 약 9% 증가합니다. 이 때문에 밀도가 낮은 얼음이 물에 뜨고, 병 속의 물이 얼면 병이 깨지는 이유입니다.

Answer 5

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

일반적으로 고체, 액체, 기체로 가면서 부피가 점점 커지는 것은 맞습니다. 하지만 물은 예외입니다. 물은 액체 상태일 때 가장 밀도가 높고, 고체 상태일 때 가장 밀도가 낮습니다. 따라서, 물을 얼리면 부피가 약 10% 증가하게 됩니다.

물의 이러한 특성은 물 분자의 구조에 기인합니다. 물 분자는 산소 원자와 수소 원자 2개로 이루어져 있습니다. 액체 상태의 물 분자는 서로 얽혀 있지만, 고체 상태의 물 분자는 육각형 모양의 결정을 이루면서 서로 떨어져 있게 됩니다. 이때, 물 분자 사이에는 공간이 생기게 되고, 이 공간 때문에 부피가 증가하게 됩니다.

Answer 6

안녕하세요. 장철연 과학전문가입니다.

물은 분자의 결합각이 120도 이상의 극성 분자 이기 때문입니다. 결합각이 커질 수록 L->S 의 상뱐화 때 자유롭게 간섭 안되는 액체 기체 상태보다 고체가 되면서 결합한 물분자가 입방당 부피가 커지기 때문입니다.