얼음과 물의 밀도

분자들은 온도가 높을수록

분자들이 활발하게 움직이기 때문에

분자간의 거리가 멉니다.

온도가 내려가면 가까와져서

같은 부피에 더 많은 분자가 있게 되어

질량이 더 커집니다.

온도가 내려가면 밀도가 더 커진다라고 할 수 있습니다.

 

밀도 : 일정한 부피에 대한 물질의 질량

 

거의 대부분의 물질은

온도가 내려가면서 운동을 적게 하게되고

한 분자가 차지하는 공간이 작아져서 

밀도가 커집니다.

액체에서 고체가 될 때도 마찬가지로

분자사이의 거리가 더 가까와져

고체의 밀도가 큽니다.

하지만 물의 경우는 다릅니다.

 

물(왼쪽)과 얼음(오른쪽)

 

섭씨 4도보다 높을 때는

온도가 높으면 물분자가 운동이 활발해져서

다른 분자와 결합할 수 없을 정도로 움직입니다.

그래서 온도가 낮을수록 운동이 줄어들면서

밀도가 커집니다.

 

물분자의 산소는 다른 물분자의 수소를 당겨

오른쪽그림처럼 육각형 구조를 만들고 싶어합니다.

섭씨 4도 보다 낮아지면

열에너지가 작아져 움직임이 줄어들어

물의 일부분은 오른쪽 그림처럼

육각형을 만들게 되면서

부피가 커지게 됩니다.

그래서 물은 4도 부근에서 가장 밀도가 큽니다.

 

영도가 되면 부분적으로 육각형이던 물이

모두 육각형 모양이 되면서

부피가 많이 커지게 됩니다.

그래서 얼음은 물보다 밀도가 많이 작습니다.

 

앞에서 본 것처럼 밀도가 물보다 크면 가라앉고

물보다 작은 밀도를 가진 물체는 물에 뜨게 되는데

얼음이 물에 뜨게 되는 이유이기도 합니다.

 

 역고드름

 

사진에서 보면 거꾸로 자라는 고드름이 있습니다.

그릇에 담긴 물을 천천이 얼려봅시다.

 

처음에 그릇 속의 물은 온도가 같지만

냉동실에 넣으면 바깥부터 온도가 내려가면서

물의 온도는 조금씩 다릅니다.

4도 보다 낮은 온도가 되면

밀도가 4도부근의 물은 아래에 있고

위로갈수록 밀도가 작고 온도가 낮은 물이 자리잡게 됩니다.

그러면 위 표면 부터 얼기 시작합니다.

이중 한곳에 약하게 어는 부분이 생기면

얼음아래 있던 물이 얼면서 부피가 커지게 되고

이 구멍을 뚫고 나와서 얼게 됩니다.

그래서 위로 자라는 고드름이 생길 수 있습니다.

 

얼음이 되면서 부피가 늘어나

곤란한 상황이 생기기도 하는데

겨울에 추워지면

수도관이 얼면서 부피가 늘어나 터지기도 합니다.

겨울철 수도관 동파를 대비해서

얼지 않게 조심해야 합니다.

 

하지만 나쁜 것만 있는 건 아닙니다.

물고기가 살고 있는 강물에 물이 겨울이 되어

얼게 될 때를 생각해 봅시다.

만약 얼음이 물보다 밀도가 크면

얼음은 아래로 가고 아래에서 얼기시작하고

강물 전체가 얼게 되면 물고기는 살 수가 없습니다.

하지만 얼음이 밀도가 작아서

강물의 얼음이 표면에서 얼기시작하고

더 추우면 두꺼워지며서

바깥의 한기를 막아주어

물 아래는 물고기가 살 수 있게 됩니다.

참 다행이죠!