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놀랍고도 재미 있는 물 이야기 - 7 ; 물의 분자구조
커피꽃
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2012.12.11 11:16
물은 아주 독특한 성질을 가진 물질입니다.
가령, 다른 물질을 잘 녹인다든지, 끓는점이 높다든지, 고체인 얼음이 액체인 물보다 부피가 커 물위에 뜬다든지 하는 성질은 물의 아주 독특한 성질이라 할 수 있습니다.
오늘은, 물의 분자구조를 살펴보고, 그 분자구조에서 독특한 물의 성질이 생긴다는 것에 대해 알아보기로 하겠습니다.
[1] 수소 결합
- 물 분자는 수소원자 2개와 산소원자 1개로 이루어져 있습니다. 수소와 산소가 이루는 각이 104.5˚ 가 되는 굽은 구조입니다.
- 물 분자들이 서로 모여있게 되면, 어떤 물 분자의 수소원자는 다른 물 분자의 산소원자에 접근할 수 있습니다. 그리하여 이웃하는 물 분자의 산소와 수소원자는 강한 정전기적 인력에 의해 결합하는데, 이를 수소결합이라 합니다.
[2] 물 ; 고체인 얼음이 액체인 물보다 부피가 크고 밀도가 작은 아주 특이한 물질
- 물이 얼음이 될 때에는 얼음을 이루는 분자들이 수소결합을 하며 육각형구조를 만드는데, 이 때 육각형 안쪽으로 빈 공간이 생기므로 얼음의 부피는 물보다 커지게 되는 것입니다.
- 대부분의 물질은 고체가 물보다 밀도가 커 물 속으로 가라 앉게 되지만, 물은 아주 독특하게도 고체인 얼음이 물 위에 뜨지요. 그렇지 않았다면, 지구상의 민물 속 생명체는 생존할 수 없었을 것입니다.
- 얼음의 부피가 커져 밀도는 작아지게 되어 얼음이 물 위에 뜨게 되어, 한 겨울에 물 표면은 얼게 되지만, 물 속은 얼지 않고 액체상태로 존속하므로 물고기가 죽지 않고 살아갈 수 있는 것입니다.
[3] 무엇이든 잘 녹이는 독특한 성질
- 물 분자를 이루는 2개의 수소원자는 부분적으로 (+)전하를 띠고, 산소원자는 (-)전자를 띠는 굽은형 구조를 이룹니다.
- 물은 극성을 지닌 분자입니다. 물분자가 기본적으로 (+)전하와 (-)전하를 띠고 있기에 물은 극성을 가진 용질을 잘 녹이며, 또한 용질이 (+)입자와 (-)입자로 이루어진 것이라면 물에 잘 녹게됩니다.
- (+)입자나 (-)입자라는 것은 곧 이온을 말하는 것입니다. 소금 같은 것은 물에 녹으면 이온 입자가 됩니다. 나트륨이온과 염화이온으로 되는 것이지요. Na+ 이고 Cl- 가 되는 것이죠. (+)이온은 부분적으로 (-)전하를 띤 산소원자가 둘러싸고, (-)이온은 수소원자가 둘러싸게 됩니다. 그렇기에 이온 입자들이 물에 잘 녹게 되는 것입니다.
[4] 물 ; 지구의 파수꾼
- 물은 쉽게 뜨거워지지도 차가와지지도 않습니다. 햇빛이 강히게 내리 쬐는 날 주차된 차의 보넷과 수영장의 물을 비교해보면 쉽게 이해할 수 있을 것입니다.
- 물이 쉽게 뜨거워지지 않는 것도 물분자의 성질, 즉 서로 끌어당기는 힘이 매우 강한 분자이기 때문이지요(수소결합). 물이 다른 액체보다 끓는점이 100˚c로 매우 높은 이유는 분자 간에 잡아당기는 힘이 매우 강하기 때문입니다.
- 태양에서 지구와 거의 같은 거리에 있는 달에서는 낮과 밤의 기온차가 수백˚c나 되는데 비해 지구에서는 낮과 밤의 기온차가 작으며 거의 일정하게 유지됩니다. 이는 다름아닌 지구의 70%를 뒤덮고 있는 물 덕분입니다.
[그림] 지구에서 본 달
- 그렇기에 가히, 물은 지구 생명체의 탄생과 진화, 궁극적으로 인류의 문명을 지탱하는 가장 기본적이면서도 중요한 핵심 물질이라고 할 수 있는 것입니다.
<출처: 들결아빠의 빌려주는 가게>