물은 다른 액체와 달리 왜 고체일때 더 팽창하나요?

Question

다른 물질은 액체 상태보다 고체일 때 부피가 감소하는데 물은 다른 액체와는 다르게 왜 액체 상태일때보다 고체 상태일 때 더 부피가 증가하는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물이 다른 대부분의 액체와 달리 고체 상태일 때 더 팽창하는 이유는 물의 특수한 분자 구조와 물 분자들 사이의 수소 결합 때문입니다.

물 분자는 수소와 산소로 이루어진 분자입니다. 이 물 분자들은 고체 상태에서 서로 규칙적으로 배열되어 네모나 다이아몬드 모양의 격자 구조를 이루고 있습니다. 이렇게 밀접하게 배열된 구조 때문에 물이 고체 상태일 때는 분자들 사이의 거리가 가장 작아지며, 이 때문에 팽창이 일어납니다.

하지만 물이 액체나 기체 상태로 변하면, 분자들 간의 수소 결합이 더 느슨해지고 더 자유롭게 움직일 수 있습니다. 이렇게 분자들이 더 자유로워지면, 분자 간의 거리가 더 멀어지게 되어 액체나 기체 상태에서는 더 큰 부피를 차지하게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

물 분자는 극성을 가지고 있기 때문에 서로 인접한 분자들 간에 수소 결합이 형성됩니다. 이 수소 결합은 물 분자들을 서로 끌어당기며, 물 분자들 간의 거리를 짧게 유지시킵니다. 그러나, 고체 상태에서는 이 수소 결합에 의해 분자 간의 거리가 더욱 가까워지며, 이에 따라 분자 간의 거리를 더욱 늘리기 위해 물 분자들이 고체 상태에서 더욱 팽창하게 됩니다.