물은 우주에서 가장 이상한 물질이다.
우리 주변에 흔하게 접하고 있는 물은 과연 어떤 물질일까?
다른 물질과 확연히 다른 특징이 하나 있다.
세상의 모든 액체는 고체가 되면 부피가 작아지고 그 액체에 담갔을 때 가라앉는다.
예를 들자면 액체 상태 벤젠을 고체 상태가 되면 부피가 줄어들고 벤젠 액체 속에 고체 벤젠을 넣으면 가라앉는다.
하지만 우리는 물이 얼음이 되면 어떻게 되는지 너무나 잘 알고 있다.
물은 얼음이 되면 부피가 늘어나고 물에 넣으면 물에 뜬다.
우리가 당연하다고 알고 있는 것이 당연한 것이 아니다.
물의 이러한 이상한 특징은 왜 생기는 것일까?
지금부터 물의 분자구조부터 알아보자.
수소와 산소는 비금속이다. 비금속끼리 결합은 공유결합을 하게 된다.
전자 점식으로 물분자 구조를 알아본다.
위의 그림과 같이 비공유 전자쌍과 공유 전자쌍으로 총 8개의 전자로 안정한 상태의 물분자가 된다.
이러한 공유 전자쌍은 전기 음성도 크기 차이 때문에 전기 음성도가 수소보다 큰 산소 쪽으로 쏠리는 현상이 나타난다.
이곳에서 극성 공유결합이 생긴다.
공유 전자쌍의 쏠림현상이 생겨 벡터가 만들어지게 되는데 이 벡터를 이중극자 모멘트(쌍극자 모멘트)라고 한다.
그 결과 결합선 사이에 104.5도의 각이 생긴다. 이것을 굽은형 구조라고 한다.
벡터의 합이 0이 나오지 않기 때문에 물분자는 극성을 가지는 분자가 된다.
전기 음성도가 큰 산소와 전기 음성도가 작은 수소가 결합하여 강력한 극성 분자가 만들어지면서 분자 간 인력이 엄청 커진다. 이때 분자간 인력을 수소결합이라고 한다.
(*주의, 수소결합은 분자와 분자 사이의 결합이고 공유결합은 원자와 원자 사이의 결합이다.)
이러한 물의 구조적 특성이 물의 독특한 특성을 가지게 한다.
'극성 분자'라는 물의 특성은 여러 가지 물질을 잘 녹이는 용해성을 가지게 만들었다.
만일 물의 결합선이 직선이 되었다면?
물분자의 수소결합이 존재하지 않게 되어 무극성 분자가 된다.
이렇게 되면 다른 물질을 잘 녹이지 못하게 된다. 지금의 짠맛이 나는 바다가 존재하지 않게 된다.
<수소결합의 특성>
1. 녹는점과 끓는점이 매우 높다.
2. 비열이 매우 크다.
3. 밀도변화의 특이한 점이 있다.
4. 표면장력이 매우 크다.
◈ 물의 비열
비열이란?
물질 1g을 1℃ 높이는데 필요한 열량
쉽게 말해서 … 비열이 크다는 것은 온도를 변화시키기 어렵다는 말이다.
우리 몸에는 물이 많다. 물의 비열이 크다는 것은 우리 몸에는 큰 장점이다. 체온 유지에 유리하기 때문이다.
자연현상으로는 해풍을 설명할 수 있다.
낮에는 불어오는 해풍은 육지와 바다의 비열 차이 때문이다..
◈ 물의 밀도
밀도란? (더보기에서 확인해보세요)
(※ 밀도는 계산 문제에서 질량을 부피로, 부피를 질량으로 환산하는 용도로 주로 사용된다.)
밀도는 상대적인 무거운 정도이다.
모는 물질을 같은 부피로 잘라서 무게를 재었을 때 무거운 물질이 밀도가 큰 것이다.
우리가 일상생활에서 무겁다 혹은 가볍다고 말하는 것은 사실상 밀도의 개념이 포함되어 있다.
예) 철이 무겁다고 표현하고 솜이 가볍다고 표현하는데 솜이 더 무거울 수 있다.
집체만 한 솜이 있고 손바닥만 한 철이 있다면 솜이 더 무겁다. 하지만 우리는 경험적으로 철이 더 무겁다고 말한다.
이것은 사실상 밀도 개념이 포함된 표현이다. 같은 부피에서 철이 더 무겁기 때문에 일반적으로 우리는 철이 무겁다고 표현하는 것이다.
그렇다고 일상생활에서 철이 무겁다고 표현하지 밀도가 더 크다라고 표현하지는 않죠!
하지만 과학적으로 정확한 표현은 철이 밀도가 크다는 말이 정확한 말이라는 것을 알아 둘 필요가 있다.
1. 일반적인 물질(물을 제외한 모든 물질)
액체에서 고체로 변할 때
1. 질량은 일정하다.
2. 부피는 감소한다.
3. 밀도는 증가한다.
예를 들어 벤젠 액체에 벤젠 고체를 넣으면 가라앉는다.
모든 물질은 이러한 특징을 가지고 있다.
같은 물질에서 액체보다 고체에서 밀도가 증가하기 때문이다.
일반적인 모든 물질은 액체에서 고체가 되면 부피가 감소하는 것은 액체일 때는 분자와 분자 사이가 떨어져 있다가 고체가 되면 분자와 분자가 밀착되어 붙어 있기 때문이다.
2. 물
액체(물)에서 고체(얼음)로 변할 때
1. 질량은 일정하다.
2. 부피는 증가한다.
3. 밀도는 감소한다.
물은 얼음이 되면 왜 부피가 증가하는가?
그것은 물분자의 구조 때문에 생긴다.
물분자는 고체가 되면 다른 물질처럼 분자가 따닥따닥 붙지 않고 육각형 모양으로 붙어서 중앙에 빈 공간이 생긴다.
그래서 물은 고체가 되면 부피가 늘어나고 밀도가 낮아져 물에 얼음을 넣으면 동동 뜨게 된다.
부피가 증가해서 일상생활에 일어나는 일?
-한겨울 수도관 동파
물의 부피는 4도씨에서 가장 작다.
물의 밀도는 4도씨에서 최대 이때가 밀도가
이러한 특성 때문에 물표면부터 얼음이 언다.
물표면부터 얼음이 어는 물의 특성 때문에 물속의 생물이 생존할 수 있었다.
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