얼음·물·수증기...물의 3가지 상태

물의 분자는 화학기호에서 알 수 있듯이 수소원자(H) 2개와 산소원자(O) 1개가 결합하여 이루어져 있는데 이 물분자 1개로는 액체가 되지 않습니다. 물이라는 액체가 되려면 물분자가 많이 나열해야 합니다. 물질을 구성하는 분자와 분자가 연결되기 위한 힘에는 여러 종류가 있는데 물분자의 경우는 산소가 마이너스의 전하, 수소가 플러스의 전하를 가지게 되어 자석과 같은 작용을 가지고 있기 때문에 전기 힘에 의해 결합(수소결합)이 이루어집니다. 이 수소결합은 물분자 사이를 연결하여 물분자 집합(물 클러스터)을 형성합니다. 상온의 물에서는 5~6개 내지 수십 개의 분자가 클러스터를 형성한다.

물이 액체상태인 것은 1기압 하에서 온도가 0.00℃ 내지 99.974℃ 사이입니다(원래 물의 끓는점은 끓는점을 100℃로 결정했지만 1℃의 정의가 재검토되었기 때문에 물의 끓는점은 현재 엄밀하게는 99.974도로 정의되고 있다.). 물분자는 몇개가 모여 집단에서 하나의 덩어리가 되거나 그것이 또 무너지면서 무작위 방향을 향해 자유롭게 운동하고 있습니다. 물이 다양한 형태로 변할 수 있는 이유는 분자가 이렇게 자유롭게 움직이기 때문입니다. 밖에서 열을 가하면 이 운동이 격렬해져 물분자는 덩어리로 있을 수 없게 됩니다.

물은 99.974℃(1기압 기준)에 도달하면 끓어오르고 분자집단은 흩어집니다. 물분자는 격렬하게 움직이고 맹렬한 속도로 공간을 날아다니게 됩니다. 수증기라는 기체는 보이지 않는데 끓는 주전자에서 나오는 하얀 김은 수증기가 주위의 공기에 식혀져 물의 알갱이로 돌아간 상태여서 하얀 김은 액체입니다.

물이 0.00℃ 이하(1기압 기준)가 되면 운동하기 위한 열에너지가 극단적으로 낮아 물분자는 움직임을 멈추고 서로 결합합니다. 물분자는 구부러진 형태를 하고 있기 때문에 분자끼리는 틈이 많은 형태로만 결합할 수 있습니다. 그 때문에 분자와 분자 사이에 틈이 생겨 거리가 멀어져 그 만큼 부피가 늘어나게 됩니다. 물을 얼리면 부피가 늘어나는 것은 이 때문입니다(약 10%). 보통의 액체는 고체가 되면 밀도가 오르고 체적은 작아집니다. 고체가 되면 부피가 증가하는 것은 다른 많은 물질과는 다른 물의 특성입니다.

자연이나 일상생활에서 볼 수 있는 물의 특이한 성질을 살펴봅시다

▣ 암석의 풍화·서리기둥
겨울의 서리기둥은 간단하게 말하면 지중의 수분이 얼어 체적이 늘어나 지표의 흙을 뚫고 나온 것. 또 암석의 풍화에도 물은 크게 관여하는데 암석의 균열에 흩어져 있던 물이 동결되어 부피를 늘리고 그 힘으로 균열을 밀어냅니다. 이 작용이 반복되면 최종적으로 암석이 깨집니다.

▣ 스케이트를 타다
스케이트 신발의 칼날과 얼음 사이에 물이 있고 그 물이 윤활제 역할을 하기 때문입니다. 스케이트 신발의 칼날에 의해 물이 되지만 통과하면 다시 얼음으로 돌아옵니다. 이것도 물의 특성 중 하나입니다(덧붙여 최근의 연구에서는 그 밖의 요인도 고려되고 있습니다.).

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 水の知
https://mobile.suntory.co.jp/eco/teigen/jiten/science/01/?transfer=pc_to_mobile#:~:text=1%E6%B0%97%E5%9C%A7%E3%81%AE%E3%82%82%E3%81%A8%E3%81%A7%E3%81%AF%E3%80%81%E6%B0%B4%E3%81%AF0.00%E5%BA%A6,%E6%B2%B8%E9%A8%B0%E3%81%97%E3%81%A6%E3%81%97%E3%81%BE%E3%81%84%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82