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- 물
- 고체
- 부피
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
이상후님의 답변
2010-01-20- 4
>일반적으로 모든 상변화는 액체에서 고체로 변하면 부피가 감소하는데, 왜? 물만 부피가 증가하는가요? 이유를 알고 싶습니다. 물에서 산소 원자는 그보다 작은 2개의 수소 원자와 결합되어 있습니다. 즉 물 분자는 V자 모양으로 수소 2개가 양 끝에 위치하고, V자의 꼭지점에 산소가 위치해 있습니다. 그런데 산소가 수소의 전자를 끌어당기는 힘이 강해 부분적으로 수소 원자 쪽은 양전기를 띠고 산소 원자 쪽은 음전기를 띱니다. 이웃의 다른 물 분자에서도 마찬가지로 물 분자 각각의 수소와 산소가 서로 끌어당기게 됩니다. 바로 이러한 분자간의 결합이 수소결합입니다. 얼음의 부피 팽창은 이 수소 결합 때문에 생기는 것입니다. V자형의 꼭지점에 있는 산소 원자는 원래 2개의 수소 결합을 만들 수 있습니다. 따라서 다른 물 분자들의 수소를 끌어당겨 산소 원자 1개에 4개의 수소가 달라붙는 형상이 됩니다. 이것을 중앙의 산소 원자에서 보면 주변의 수소들이 마치 정사면체의 꼭지점에 하나씩 있어 그 모양이 방조제를 쌓을 때 쓰이는 발이 넷 달린 콘크리트 구조물을 연상시킵니다. 물 분자들이 이런 식으로 얽히고 설켜 물은 액체로 있을 때보다 얼음이 될 때 공간을 더 많이 차지하게 되고, 그에 따라 부피가 커지고 밀도가 낮아지는 것입니다. 액체보다 고체의 밀도가 낮은 것은 모든 물질 중에서 물이 거의 유일합니다. 만일 얼음의 밀도가 물보다 컸다면, 수면에서 얼음이 얼자마자 바닥으로 가라앉아 호수는 순식간에 전체가 꽁꽁 얼어버릴 것입니다. 그러나 다행히 물은 물에 뜨기 때문에 얼음이 물을 덮어 찬 공기를 물과 차단시켜 얼음 아래의 물은 더 이상 얼지 않습니다. 이 때문에도 겨울에도 호수의 물고기들이 죽지 않고 생활할 수 있으며 북극과 남극의 얼음 아래 바다에서 생물들이 살 수 있는 것입니다. -
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이응신님의 답변
2010-01-20- 2
쉽게 생각하면 쉽고, 어렵게 생각하면 어렵습니다. 얼음의 구조가 육각형이라서 부피가 증가한다는 설명도 맞으나 공간 구조를 생각하면 휠씬 더 복잡합니다. 얼음의 구조는 첨부 자료와 같이 15개 정도 존재하는데 산소의 원자구조가 2p 궤도에 4개의 전자를 가지고 있고 두 개는 물분자의 수소와 결합하고 나머지 2개가 다른 물분자와 결합하기 때문에 복잡해지는 것입니다. >일반적으로 모든 상변화는 액체에서 고체로 변하면 부피가 감소하는데, 왜? 물만 부피가 증가하는가요? 이유를 알고 싶습니다.
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안길홍님의 답변
2010-01-20- 2
물은 수소 결합을 가진 작은 cluster이며,물에서의 분자구조 결합은 2H2O-->H3O+OH로 이루어져 있으며, 조밀한 분자 구조(2.75Å)로 구성되어 있습니다. 이러한 물이 고체상태의 물(얼음)로 분자구조가 변경되면 수소 결합이 끊어지면서 6각형의 구조를 이루게 되며, 끊어진 구조사이에 공간이 생기게 되는 것이죠.이러한 공간의 구조로 인하여 부피가 늘어나기 때문에 밀도가 적어지는 것입니다. 첨부 자료를 비교하여 보시기를
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김범수님의 답변
2010-01-21- 2
>일반적으로 모든 상변화는 액체에서 고체로 변하면 부피가 감소하는데, 왜? 물만 부피가 증가하는가요? 이유를 알고 싶습니다. 쉽게 설명드리면, 물분자와 물분자 사이는 수소결합이라는 강한 결합을 하고 있습니다. 그런데 액체상태인 물에서의 수소결합이 얼음보다 약하게 이루어 집니다. 이 물이 얼게되면 물 분자 사이의 수소결합이 모두 강하게 되어 규칙적인 결정을 형성하게 됩니다. 결국, 결정 사이사이 공간이 형성되어 부피는 늘게 되고, 이러한 공간에 의해 얼음은 물에 뜨게 됩니다. -
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유미연님의 답변
2010-01-20- 0
>일반적으로 모든 상변화는 액체에서 고체로 변하면 부피가 감소하는데, 왜? 물만 부피가 증가하는가요? 이유를 알고 싶습니다. 저도 어디선가 들은거라 확실하진 않지만 말씀드리겠습니다. 물은 분자들 간에 수소결합을 하기때문에 얼게 되면 육각형 구조를 이루게 됩니다. 육각형 구조를 이루면 사이사이 공백이 생기기 때문에 얼기전 보다 부피가 늘어나는 것이라 알고 있습니다.
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변인옥님의 답변
2024-04-03- 0
물은 H2O라는 하나의 산소에 두 개의 수소가 104.5°로 화학결합되어있는 굽은 모양의 화합물입니다.
이 물이 나홀로 존재한다면 영하 60℃에서 끓고, 영하 90℃에서 얼어야하는 물질이다. 형제와도 같은 산소족 화합물인 황하수소(H2S)는 영하 59.6℃에서 끓고, 영하 82.9℃에서 언다.
물의 이상한 비등점과 응고점으로 확인할 수 있는 사실은, 물은 H2O 나홀로 화합물로 존재하지 않고, 상온에서는 수소결합 회합체(5㎉/㏖)인 5H2O가 되어 100℃에서 끓고, 얼을때는 6H2O가 되어 0℃에 응고 된다는 사실이다.
이 때 굽은 모양의 화합물인 물의 특성으로 얼어가면서 6각의 구조가 형성되며, 그러한 공간이 만들어짐으로 부피가 증가하고 물에 뜨게 되는 것입니다.