물은 왜 얼음이 되면 부피가 늘어나나요?
일반적으로 액체가 고체로 될 경우 부피가 줄어든다고 들었습니다. 그런데 물은 얼음이 될 경우 오히려 부피가 늘어난다고 하는데 그 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 과학전문가입니다.
일반적은 물질들은 온도가 낮아지면 밀도가 높아지고 부피가 작아지고, 액체가 고체보다 부피가 큰 것이 일반적인 현상입니다. 하지맘 물은 얼음이 되면 부피가 오히려 증가하는 현상을 보이게 되는데, 그 이유는 물의 분자구조가 산소를 중심으로 2개의 수소원자가 특정한 각도를 가지고 있기 때문에, 물이 얼면서 육각형의 구조를 이루게 됩니다. 이러한 육각형이 구조는 안정한 상태이지만 밀도를 감소시키는 역할을 하기 때문에 얼음의 부피가 증가하게 됩니다. 따라서 얼음은 증가한 부피만큼 물위로 떠오르게 됩니다.
안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.
물은 수소결합이라는 특수한 성질을 가지고 있기때문에
얼게되면 분자간에 육각형의 결합을 하게되고 이에따라 부피가 늘어나게됩니다
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
물은 수소결합을 하는 대표적 물질입니다. 수소결합이란 H와 F, O, N 가 결합한 분자들 사이에 작용하는 힘입니다. 전자를 잡아당기는 힘이 약한 H와 전자를 잡아당기는 힘이 강한 F, O, N이 결합할때 전자를 잡아당기는 힘(전기음성도)의 차이에 의해 전자가 F, O, N 쪽으로 치우치게 되고 그로 인해 H쪽이 부분적인 양전하, F, O, N 쪽이 부분적인 음전하를 띠게 됩니다. 이렇게 전하를 띤 분자들 간에 인력이 작용하고 이 인력을 수소결합력 이라고 합니다.
물이 액체에서 고체가 될때 분자의 운동에너지가 줄어들면서 서로 가까워지고 거의 모든 분자들은 수소결합을 하여 얼음은 육각형 구조로 됩니다. 이때 육각형 구조가 되는 이유는 산소와 수소의 결합각에 의해 얼음이 될때 분자들끼리 육각형 구조를 이루게 됩니다. 그러면서 안쪽이 비게되어 오히려 고체인 얼음이 되면 부피가 늘어나게 됩니다.
간단하게 설명하면 물은 한쪽은 +를 띠고 한쪽은 -를 띠게 되어 인력이 강해지면(고체로 될때)서로 잡아당겨서 육각형구조가 나오고 그 되는만큼 육각형 안쪽만큼 부피가 커지게 되어 오히려 고체가 될때 같은 질량당 부피가 증가하게 되는 것입니다.
물의 온도가 내려가면 어는점으로 인해 불규칙하게 움직이던 분자(액체)들이 규칙적으로 배열되게 됩니다.
이 규칙적으로 배열이 되는 것이 고체인 얼음입니다.
이렇게 되면 물 분자가 배열이 되면서 분자들 사이에 빈 공간이 생겨 부피가 커지게 됩니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
물분자는 꺾여있어 정전기적으로 양극과 음극을띠는 극성을 가집니다. 이러한 특징은 물분자들끼리 결합할 때 결정형태로 모이도록 도와줍니다.
결정형태로 모여 얼음이되면 결정사이사이에 빈공간이 발생하므로, 부피가 늘어나게됩니다.
감사합니다.
안녕하세요. 이만우 과학전문가입니다.
분자가 가지는 에너지가 증가하면서 분자간 거리가 커지고 밀도가 낮아지면서 부피가 커진다
