1. 얼음의 결정 구조
▶ 액체 상태에서 물은 분자 배열이 규칙적이지 않지만 물이 얼면 물 분자 사이에 수소 결합이 형성되어 규칙적으로 배열됨. 이때 물 분자들이 육각형 구조를 이루면서 빈 공간이 생기기 때문에 부피가 증가함
2. 물의 밀도 변화
▶ 대부분의 물질들은 고체에서 액체로, 액체에서 기체로 될 때 부피가 증가하여 밀도가 감소하는 반면, 물은 고체에서 액체로 될 때 부피가 감소함
3. 온도에 따른 물의 부피 및 밀도 변화
▶ 0℃ 이하의 얼음
- 온도가 높아질수록 부피 증가(밀도 감소) → 온도 증가에 따라 분자 운동이 활발해져 분자 간 거리가 멀어짐
▶ 0℃
- 얼음에서 물로 상태 변화하면서 부피 감소(밀도 증가) → 수소 결합의 일부가 끊어지면서 빈 공간이 감소하여 부피가 감소함
▶ 0 ~ 4℃
- 수소 결합이 끊어지면서 부피 감소(밀도 증가) → 온도 증가에 따른 부피 증가보다는 수소 결합이 끊어지면서 생기는 부피 감소 효과가 더 큼
▶ 4℃ 이상
- 온도가 높아질수록 부피 증가(밀도 감소) → 온도 증가에 따라 분자 운동이 활발해져 분자 간 거리가 멀어짐
4. 얼음과 물의 밀도 차이에 의한 현상
- 겨울철에 호수나 강물이 얼어서 생긴 얼음이 표면에 떠 있기 때문에 얼음 밑의 물이 얼지 않고 액체 상태로 존재하여 수중 생태계가 유지됨
- 암석의 틈으로 스며든 물이 얼면 부피가 증가하여 암석이 부서지면서 풍화가 빠르게 일어남
- 추운 겨울날 수도관 속의 물이 얼면 수도관이 터짐
5. 온도에 따른 물의 밀도 변화
- 1. 0℃에서 물의 밀도가 증가함 → 얼음이 녹아 물로 될 때 수소 결합의 일부가 끊어지면서 부피가 감소하므로 밀도가 증가함
- 2. 0 ~ 4℃에서 물의 밀도가 증가함 → 수소 결합이 끊어지면서 부피가 감소하는 효과가 크기 때문에 부피가 감소하고 밀도가 증가함
- 3. 4℃ 이상에서 온도가 증가할수록 밀도가 감소함 → 온도가 증가하면 분자 운동이 활발해져 분자 간 거리가 멀어짐. 즉, 부피가 증가하므로 밀도가 감소함
1. 비열
▶ 물질 1g의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열에너지. 같은 물질이라도 상태에 따라 비열이 달라짐. 비열이 큰 물질일수록 온도를 높이는 데 많은 열에너지가 필요하고, 같은 열에너지를 가해도 온도가 빠르게 높아지지 않음
2. 물의 비열
▶ 4.18 J/g·℃로, 비열이 커서 온도가 쉽게 올라가지 않음 → 공급되는 열에너지가 물 분자 사이의 수소 결합을 끊는데 쓰이기 때문
3. 물은 다른 액체에 비해 비열이 커서 가열할 때 온도가 서서히 올라가고 냉각할 때는 온도가 서서히 내려감
4. 물의 비열과 지구 생태계
- 비열이 큰 물이 지구 표면을 덮고 있어 지구의 온도를 일정하게 유지시킴
- 해안 지역은 내륙 지방보다 일교차가 작고, 낮에는 해풍이 불고 밤에는 육풍이붐
5. 물의 가열 곡선
▶ 그래프는 40℃의 얼음을 일정한 열량으로 가열했을 때 시간에 따른 온도를 나타낸 것
- 일정한 열량을 가한 경우이므로 가열 시간은 가해 준 열량에 비례함
- 온도가 일정한 AB 구간에서는 상태 변화가 일어남 → AB 구간의 길이는 융해열에 비례함
- 비열의 크기는 물이 얼음보다 큼 → 0 ~ t 구간에서는 고체 상태이고, 5t ~ 10t 구간에서는 액체 상태임. 각 구간의 기울기는 가열 시간(=가해 준 열에너지)에 대한 온도 증가하므로 기울기가 클수록 비열이 작음
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