우리는 한겨울에 수도관 등이 동파하는 것을 볼 수 있습니다.

Question

우리는 한겨울에 수도관 등이 동파하는 것을 볼 수 있습니다.

그런데 보통 물질은 온도가 내려가면 부피가 작아지는 것으로 알고 있습니다.

그런데 왜 물은 온도가 내려가면 부피가 팽창하는 지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이만우 과학전문가입니다.

물을 제외한 대부분의 물질은 액체에서 고체를 변환시 부피가 줄어드는 반면에

물은 오히려 부피가 늘어납니다.

그 이유는 바로...수소결합이라는 현상때문인데요.

분자형이 굽은 형태가 되는 이유는 산소와 수소의 결합이 된 전자가 HOH이런식으로 있다면 분자형태가 180도로 일자형이 됩니다.

하지만..산소 주변에는 수오와 결합되지 않은 전자가 있는데...흔히, 전자는 음전하를 띄고 있죠.

자석의 경우 N극와 S극이 있듯이 서로 같은 극끼리는 밀려는 현상이 있습니다.

그렇듯이..산소와 수소와 결합하지 못한 전자들이 서로 밀려는 성질로 인해 물의 경우는 약간 삿갓처럼 ㅅ자 형태로 굽어져 있습니다.

따라서..수소결합이라는 현상으로 액체인 물의 오각형구조에서 고체인 얼음의 육각형구조로 변하면서 부피가 커지는 것입니다.

도움되셨기를...

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

겨울에 동파되는 이유는 물이 얼어 얼음이 되어서 그렇습니다 물이 얼음이 되면 물의 분자 간격이 넓어져 부피가 늘어나 동파가 되는겁니다

Answer 3

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물은 4°C에서 가장 큰 밀도를 가지며, 이보다 낮은 온도에서는 부피가 커지기 시작합니다. 이는 물 분자의 특수한 구조 때문인데, 물 분자는 삼각형 모양으로 이루어져 있습니다. 이때, 수소 원자 2개가 삼각형의 한 쪽 면에 위치하고 있으며, 삼각형의 반대편에는 산소 원자가 위치합니다. 이러한 구조로 인해 물 분자는 일종의 '이중극자' 구조를 이루고 있으며, 이중극자 구조 때문에 물 분자들 사이에는 서로 인력이 작용합니다.

이 인력 때문에 물 분자들은 서로 끌어당겨서 밀도가 높아지는데, 이 밀도는 4°C에서 최고점에 이릅니다. 그러나 온도가 4°C보다 낮아지면, 물 분자들 사이의 인력이 약해지면서 분자 간 거리가 멀어져 부피가 커지게 됩니다. 이러한 이유로, 물은 4°C에서 가장 밀도가 높아지며, 이보다 낮은 온도에서는 부피가 팽창하게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.

4°C 이상에서는 물이 온도가 낮아지면 부피가 작아지는 것이 맞지만, 4°C 이하의 온도에서는 온도가 낮아짐에 따라 부피가 팽창합니다. 이는 물 분자 간의 수소 결합이 형성되는 현상 때문입니다.

Answer 5

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.이는 수소결합을 하고 있는 물 분자의 특징으로 물 분자는 얼어서 얼음이 되면 분자 간의 거리가 액체일 때보다 멀어지고, 분자 간 간격이 일정하게 됩니다. 이러한 구조로 인해서 얼음의 밀도는 감소하고, 부피는 팽창하게 됩니다.

Answer 6

안녕하세요. 박병윤 과학전문가입니다.

물은 다른 물질들과 다르게 H(수소)와 O2(산소)로 이루어 져있어 있습니다.

물을 얼리게 되면 물분자들 사이사이 빈공간들이 많아지는 구조로 결합을 하게 됩니다.

→ 무질서하게 있다가, 질서있게 결합되면서 빈공간이 생기게 되는 원리입니다.

감사합니다.

Answer 7

안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.

물이 온도가 내려가서 얼면, 물 분자가 서로 결합하여 얼음 구조를 만들어내는데, 이 때 수소 결합이 더욱 강력하게 작용하게 됩니다. 이로 인해 물 분자 간의 평균 거리가 멀어지면서 부피가 더욱 커지게 됩니다.

Answer 8

맞습니다. 대부분의 물질은 온도가 내려가면 분자들이 서로에게 가까워지기 때문에 부피가 작아지게 됩니다. 그러나 물은 온도가 내려가면 분자 간 상호작용이 바뀌어 부피가 팽창합니다.

이는 물 분자가 얼어서 고체가 되기 위해서는 공간이 필요하기 때문입니다. 물 분자는 온도가 낮아지면 서로에게 가까워지게 됩니다. 그러나 일정한 저온 이상에서 물 분자는 서로의 전하에 의한 서로 간의 밀도를 줄이기 위해 팽창합니다. 이로 인해 얼음이 물보다 가벼워지고, 얼어붙은 물이 떠오르는 것입니다.

따라서 수도관이 동파하는 것은 물이 팽창하여 수도관에서 압력이 생겨서 파손되는 것이기 때문입니다. 이를 방지하기 위해서는 수도관 내부에 물이 얼지 않도록 방지하는 차단방지대 등의 조치를 취해야 합니다.

Answer 9

안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.

물이 얼면 부피가 증가하는 이유는 물 분자가 극성 물질이기 때문입니다.

즉, 물이 얼기 전부터 물분자가 극성이기 때문에 물분자의 수소 원자가 옆에 있는 다른 분자에 결합하는 수소 결합때문에 5각형 구조와 6각형 구조가 섞여있다가 물이 얼면 거의가 6각형 구조가 되므로 5각형 구조보다는 6각형 구조 안의 공간이 조금이라도 넓으므로 물이 얼면 부피가 증가하게 되는 것 입니다.