물이 얼음이 되면 부피가 늘어나는 이유는 무엇인가요?

Question

일반적으로 액체가 고체가 되면 부피가 줄어든다고합니다. 그런데 물은 얼음이 될 때 부피가 10%정도 늘어납니다. 왜 물은 다른 물질과 달리 고체가 될때 부피가 늘어날까요?

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

물이 액체상태에서는 매우 불규칙한 움직임을 보여줍니다. 하지만 얼음인 고체상태가 되면 물분자는 규칙적으로 배열되게 됩니다.

이 과정에서 배열된 분자들 사이에는 공간이 생기게 되고 그 공간으로 인해 부피가 증가하게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

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 물의 질량은 여전히 얼음의 질량과 동일합니다. 즉, 물의 밀도가 얼음의 밀도보다 크기 때문에 얼음이 물 위에 뜨는것이죠.

Answer 3

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

이 규칙적으로 배열이 되는 것이 고체인 얼음입니다.

이때 물 분자가 정렬 되면서 분자들 사이에 빈 공간이 생겨 부피가 커지게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 김계민 과학전문가입니다.

물이 얼면 물 분자가 서로 서로 끌어당기게 되는데 극성에 따라 서로 끌어당겨지게 됩니다.

이를 수소 결합이라고 합니다​

이렇게 수소 결합에 의한 힘으로 인해서 얼음의 구조는,특별한 구조를 가지게 됩니다

물이 얼면 이렇게 육각 구조 얼게 됩니다.

이게 바로 물의 부피가 증가하게 되는 이유입니다.​

물이 얼면 부피가 증가하게 되는 이유가 이와 같이, 육각 구조로 결합하면서 중간에 공간이 생기게 됩니다​

이 공간의 물이 액체 상태일 때의 공간보다 큰 공간을 차지하게 되죠