물의 밀도에 관한 재미있는 사실

우리가 살고 있는 지구에 대부분은 물입니다.
물에 관한 재미있는 사실을 공유하겠습니다.

물은 H2O로 수소결합을 하고 있습니다.
산소 원자는 두 개의 공유 결합과 두 개의 수소 결합을 통해 네 개의 수소 원자와 결합을 합니다. 따라서 물은 얼음이 될 때 거의 사면체 모양으로 삼차원 네트워크를 형성합니다.

고체를 기준으로 삼차원 구조의 얼음은 분자끼리 가까운 위치에 존재하기 힘듭니다. 얼음이 녹으면 수소결합이 깨지면서 공간 사이에 물이 침투하게 됩니다. 이는 다른 말로 얼음보다 물이 단위 부피당 더 많은 분자를 가지게 됩니다.

밀도 = 질량 / 부피

식으로만 봐도 같은 부피에서 분자를 많이 가지게 되니까 밀도가 증가합니다.

일상생활에서도 얼음이 물에 뜨는 것을 확인할 수 있습니다.

wikipedia

호수에 얼음이 생길 때 왜 위에서 아래로 얼까?

정답:

온도 변화와 관련성이 매우 큽니다.
추운 날씨가 되면 표면 쪽의 물의 온도가 낮아지기 때문에 물의 밀도가 증가합니다. (기체와 액체를 곰곰이 생각해 보세요)
차가운 물은 바닥으로 가라앉고, 상대적으로 따뜻한 물은 위로 올라오게 됩니다.

대류 운동이 온도 4도까지 지속되다가 이보다 더 추워지면 물의 밀도가 낮아집니다. 이해되시죠?

온도 4도를 기준으로 물의 밀도는 다시 낮아지게 됩니다. 따라서 온도가 더 낮아질수록 밀도는 낮아지고 위쪽으로 올라가게 되는 것입니다.

위쪽에 생긴 얼음은 열적 절연체로 작용하여 아래쪽에 생명체가 살 수 있게 됩니다.  이런 밀도 차이가 없다면 겨울철에 생명체들이 다 죽겠죠?

물은 정말 특이한 성질을 가지고 있습니다.
과학을 공부할수록 정말 대단한 물질입니다.