물의 부피가 가장 작은 온도는 4도??

Question

모든 물체는 액체에서 고체로 되면서 부피가 줄어든다고 하는데..

유독 물만 얼음이 되면서 부피가 늘어난다고 합니다.

그 원리와 물처럼 고체가 되면서 부피가 늘어나는 물체가 있는지 궁금하네요

Answer 1

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

다른 물질에 비해 물은 굉장히 특이한 성질을 가지고 있습니다. 왜냐하면 고체에서 부피가 더 커지기 때문이죠. 이러한 물질은 물이 유일무이하다고 볼 수 있습니다.

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 커지는 것이죠.

Answer 2

안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.

지구상에서 존재하는 물질중에 고체가 되었을때 부피가 늘어나는것은

물말고는 없는것으로 알려져 있습니다

Answer 3

안녕하세요. 과학전문가입니다.

일단 물에는 수소 결합이라는 상당히 강력한 분자간 인력이 존재합니다. 이러한 수소 결합 때문에 고체, 즉 얼음보다 밀도가 높습니다.

물은 기본적으로 온도가 올라가면 물 분자의 열 운동이 활발하기 때문에 팽창하여 밀도가 작아지고, 온도가 떨어지면 물 분자의 열 운동이 둔해지기 때문에 수축하여 밀도가 커집니다. 그런데 4°C 이하에서는 팽창한 물 분자의 구조가 많아져서 밀도가 작아지는 것입니다. 즉, 빈 공간을 많이 가지는 입체 구조로 존재하는 경우가 많아집니다. 그래서 밀도가 다시 떨어지는 것입니다.

Answer 4

근데 온도가 내려갈수록 운동량이 적어지면서 물 분자간의 거리가 짧아지고, 부피가 감소하죠. (이 때 밀도는 커집니다.) 이렇게 온도가 내려갈수록 밀도가 커지면서 4℃의 물이 가장 부피가 작아집니다.

부피가 가장 작은 무거운 상태가 되는 것이다. 그보다 온도가 낮아지면 오히려 부피가 증가하면서 가벼운 상태가 된다. 추운 겨울에도 강물 속 물고기가 살 수 있는 것은 표면에는 0~4도 사이 가벼운 물이 언 얼음이 있지만 그 아래는 그보다 온도가 높은 무거운 물이 가라앉아 버립니다.

Answer 5

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

이 규칙적으로 배열이 되는 것이 고체인 얼음입니다.

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

Answer 6

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물은 액체상태일때보다는 고체상태일때 부피가 큽니다.
그 이유는 액체상태일때는 분자들이 비교적 가깝지만 고체가 되면 육각구조로 정렬하기 때문입니다.
육각구조로 정렬하면 가운데 빈 공간이 생기고 이것때문에 부피가 커지게 됩니다.
10도의 물을 천천히 냉각시켜 봅시다.
물분자들은 점점 움직임이 둔해져 분자들 사이의 간격이 가까워지고 따라서 부피도 줄어들겠죠.
왜 하필 4도에서 부피가 최소인지는 모르겠지만 4도가 되면 분자의 간격이 가장 좁았다가 더 아래로 내려가면 육각구조의 형태로 이동할 준비를 하고 0도에선 육각구조를 이루게 됩니다.