물은 얼면 왜 부피가 늘어나는 건가요?

Question

안녕하세요

겨울에 물이 얼어 수도관이 동파된다고 하는데요

근데 근본적으로 물이 왜 얼때 부피가 늘어나나요??

다른 액체도 얼면 부피가 늘어나나요?

Answer 1

안녕하세요. 김태형 과학전문가입니다.

H2O는 액체상태일때는 무질서하게 배치되어 있으나 고체 상태, 즉 얼음이 되면서는 가운데가 비어있는 구조를 띄게 됩니다.

따라서 물에서 얼음으로 변환되는 과정에서 특정 모양을 갖게되고 이에따라 부피가 늘어나게 됩니다.

때문에 겨울에 물이 얼면서 수도관이 동파되는 등의 사고가 발생하게 됩니다

Answer 2

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

물분자는 산소와 수소 두 결합가지가 서로 꺾여있어 정전기적으로 비대칭구조를 갖기에 수소결합이라는 특별한 결합을 할 수 있습니다.

이 수소결합은 결정형태가 되면서 내부 빈 공간을 만들어내기 때문에 부피가 커지게 되고, 이에따라 물분자는 얼음이 되어 모든 분자들끼리 수소결합을 유지하게 되면서 부피가 늘어나게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 최정훈 과학전문가입니다.

물의 경우 액체일 때의 분자 구조와 얼음이 된 고체 상태의 분자구조는 다릅니다. 얼음인 고체가 되게 된다면 밀도는 작아지고 부피가 커지는 구조로 변경되어 액체인 상태보다 부피가 커지게 되는 것입니다. 그로 인해서 수도관이 동파되는 현상이 일어나며, 물의 성분을 가지고 있는 액체는 같은 원리로 얼음이 된다면 부피가 커지게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

액체에서 고체가 됐을때 부피가 커지는 것은 물(H2O)의 대표적인 성질인데요. 이는 물의 분자 구조가 얼음(고체)가 되면서 생기는 배열이 더 부피가 커지는 구조가 되기 때문입니다. (아래 참고할 그림을 첨부했습니다.) 또한 다시 물로 녹게 되면 처음의 물의 부피로 돌아옵니다.

Answer 5

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

물이 얼면 부피가 늘어나는 이유는 물 분자의 구조 때문입니다. 물 분자는 극성 분자이기 때문에, 한쪽은 양전하를 띠고 다른 한쪽은 음전하를 띠고 있습니다. 이로 인해 물 분자는 서로 끌어당기게 되는데, 이 끌어당기는 힘을 수소결합이라고 합니다.물은 액체 상태일 때는 수소결합이 약하게 일어나기 때문에, 물 분자는 자유롭게 움직일 수 있습니다. 하지만, 물이 얼면 수소결합이 강하게 일어나기 때문에, 물 분자는 서로 붙어 있게 됩니다. 이로 인해 물은 얼면 부피가 늘어나게 됩니다.

Answer 6

물이 얼면 왜 부피가 늘어나는지에 대한 이유는 물의 분자 구조와 수소결합이 관련이 있습니다.

물은 분자 구조가 특별하게 묶여 있는데, 각 수소 원자는 산소 원자와 공유결합을 형성합니다. 이러한 수소결합은 물 분자들 간에 강한 상호작용을 유발하는데, 이것이 물의 특수한 물성 중 하나입니다.

물의 수소결합은 물 분자들을 가까이 묶여 있게 만듭니다. 물이 높은 온도에서는 물 분자들이 서로 빠르게 움직이고 있기 때문에 수소결합이 형성되어도 서로를 가까이 묶는 데 영향이 크지 않습니다. 따라서 높은 온도에서 물은 비교적 밀도가 높습니다.

그러나 물이 저온에서 얼면, 물 분자들이 움직임이 줄어들면서 수소결합이 강화됩니다. 이때 강한 수소결합으로 인해 물 분자들이 서로를 가까이 묶이게 됩니다. 이로 인해 물의 분자들이 근접하면서 간격이 줄어들어 결국 얼어서 고체 상태가 됩니다.

고체 상태인 얼어있는 물에서는 물 분자들이 수소결합으로 묶여있기 때문에 물 분자 간의 간격이 최소화되고, 이로 인해 부피가 늘어나게 됩니다. 이것이 물이 얼었을 때 얼음의 밀도가 액체 물보다 낮은 이유입니다. 이러한 특성은 얼음이 물 위에 뜨는 것을 가능하게 하고 물속에서 생물들이 겨울철에도 살아갈 수 있는 중요한 역할을 합니다.

Answer 7

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

물은 특이한 물질입니다. 물은 고체가 되면서 부피가 증가하는 성질을 가지고 있습니다. 보통의 물질은 고체가 되면 부피가 줄어듭니다. 물의 경우 온도가 감소하면 보통의 물질과 같이 분자 운동의 활발함이 줄어들어 부피가 줄어들게됩니다. 하지만, 4도 이하가 되면서 물 분자간 전기력에 의해 6각 구조를 형성하기 시작하게 되면서 다시 부피가 증가하게 되죠. 그래서 4도 정도 일 때가 가장 부피가 작은 상태이며 밀도가 가장 큰 상태이죠. 또한, 이러한 이유로 물이 얼음이 되면서 부피가 증가해 밀도가 작아지게 됩니다.