물은 어떻게 얼음이 될까요?

물이 얼음으로 변하는 원리는 바로 이것

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만약 우리가 우주에서 지구를 내려다보면 얼마나 많은 물이 있는지 알 수 있습니다. 실제로 지구 표면의 대략 71%가 물로 덮여 있습니다. 그중에서 바다가 전 세계 물의 97% 가량을 차지하지만, 소금물이기 때문에 소금을 먼저 제거하지 않고는 마실 수 없습니다. 따라서 우리에게는 단지 3%의 담수가 있고, 이 때문에 우리 삶에 필수적인 물을 얻기 위해 강과 호수, 비와 얼음에 의존합니다. 그런데 물은 어떻게 얼음으로 변하는 것일까요?

 

물은 무엇일까요?

 

물은 두 개의 수소 원자와 하나의 산소 원자로 구성된 분자입니다. 액체로 된 물은 분자들 사이에 수소로 결합된 극성 분자로 구성되어 있습니다. 우리가 물을 이야기할 때는 대개 액체 형태를 연상합니다. 하지만 물은 물질의 모든 상태일 수 있습니다. 즉 물은 기체(증기)나 액체(물), 그리고 고체(얼음)일 수 있습니다. 또한 물은 액체에서 고체나 기체로 변하고 다시 액체로 변할 수 있지만, 분자 구조는 항상 동일하게 유지됩니다. 물은 투명하고 무색이라는 속성을 지니고 있습니다.

 

물이 얼음이 되는 과정

 

모든 분자들은 에너지를 가지고 있기 때문에 지속적으로 움직입니다. 액체 상태에서 물 분자들은 고체 상태일 때보다 많은 에너지를 보유하고 있습니다. 그들은 본질적으로 서로 튕겨내면서 빠르게 이동합니다. 액체가 차가워지면 위치 에너지가 감소하여 분자의 움직임이 느려집니다. 물 온도가 0도에 도달하면 분자들은 서로 달라붙으면서 고체, 즉 얼음을 형성합니다. 물론 이 고체 단계에서도 분자들은 여전히 움직이고 있지만 우리가 그것을 볼 수는 없습니다.

 

결정 씨앗의 작용

 

물이 얼음이 되기 위해서는 필요한 한 가지가 더 있습니다. 바로 결정 씨앗입니다. 이것은 작은 불순물로, 여기서 얼음 결정이 자라나게 됩니다. 이 작은 불순물은 물의 또 다른 입자일 수도 있고, 물을 포함하고 있는 용기에 의해 발생하기도 합니다. 바로 이것이 모든 물이 0도의 온도에서 얼지 않는 이유입니다. 어떤 조건 하에서는 물은 무려 영하 40도까지 차가워질 수 있는데, 이를 과냉각이라고도 합니다. 대개 완전히 순수한 물이 매우 매끄러운 용기에 담겨 있을 때 가능합니다.

 

결론

 

지금까지 물이 얼음이 되는 원리에 대해 간단히 살펴보았습니다. 정리하자면 물이 얼음이 되는 것은 단지 차가워지기만 하는 것처럼 간단하지 않습니다. 물이 어는 데에는 물의 밀도와 압력, 해류와 같은 움직임 그리고 용해된 고형물을 비롯한 여러 요인들이 영향을 미칠 수 있습니다. 얼음은 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 자그마한 아이스 큐브에서부터 산악 지대의 만년설, 극지방의 빙하에 이르기까지 다양한 형태로 지구상에 존재하고 있습니다.