물의 부피가 가장 작은 온도는 4도??
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
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.
안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.
지구상에서 존재하는 물질중에 고체가 되었을때 부피가 늘어나는것은
물말고는 없는것으로 알려져 있습니다
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.
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.
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.
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.