물은 얼면 부피가 커지는 이유가 무엇인가요?

Question

페트병에 든 물을 빼지 않고 물을 얼리면 얼면서 페트병이 부셔지는 경우가 있는데, 물은 얼면 다른 액체들과 달리 부피가 커지는 이유가 무엇인가요?

Answer 1

물의 온도가 내려가면 어는점으로 인해 불규칙하게 움직이던 분자(액체)들이 규칙적으로 배열되게 됩니다.

이 규칙적으로 배열이 되는 것이 고체인 얼음입니다.

이때 물 분자가 배열이 되면서 분자들 사이에 빈 공간이 생겨 얼음이 되면 부피가 커지게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

물이 얼면 부피가 증가하는 까닭은 '척력' 때문이 아니라 물 분자가 '극성(極性 : 전체적으로 + - 중성이나, 부분적으로 수소 원자쪽은 - 극이고, 중심 원자인 산소 원자는 + 극을 띠는 성질)' 물질이기 때문입니다. '척력은 아니고요.ㅎ'

즉, 물이 얼기 전부터 물분자가 극성이기 때문에 물분자의 수소 원자가 옆에 있는 다른 분자에 결합하는 "수소 결합"이라는 인력 때문에 5각형 구조와 6각형 구조가 섞여있다가 물이 얼면 거의가 6각형 구조가 되므로 5각형 구조보다는 6각형 구조 안의 공간이 조금이라도 넓으므로 물이 얼면 부피가 갑자가 약 10% 정도 증가합니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

우선, 밀도와 부피는 반비례합니다. 따라서 밀도가 커질수록 부피는 작아져야하며,

밀도가 작아질수록 부피는 커져야 합니다.

물이 얼음이 되면(온도가 낮아지면) 물 분자사이의 거리가 좁아지겠죠.

따라서 보통의 경우라면 온도가 낮아질수록 두 분자사이의 거리가 좁아지게되고(부피가 작아지게 되는거고), 밀도가 커지게 됩니다.

하지만 물의 경우만 독특하게 물이 얼음이 되는 과정에서 물 분자들끼리 육각형구조를 만들면서 안정해지게 됩니다. 따라서 물일때보다 육각형구조일때 물분자의 거리가 멀어지게 되어서(부피가 커지게 되어서) 밀도가 작아지게 되는 겁니다