물이 담긴 페트병을 얼렸더니 뚱뚱해졌네!

물이 담긴 페트병을 

얼렸더니 뚱뚱해졌네!

 ■ 얼음의 색깔

액체의 온도가 낮아져서 고체 상태로 굳어지는 현상을 ‘언다’라고 말해요. 반대로 고체의 온도가 높아져 액체로 되는 현상을 ‘녹는다’라고 하는데 물이 얼게 되면 얼음이 되고, 얼음이 녹으면 물이 되는 거에요. 물과 얼음은 온도에 따라 상태가 변하는데, 1기압일 때 0℃ 이하에서는 얼음이, 0℃에서 100℃ 사이에서는 물이 된답니다. 이때 물과 얼음은 여러 성질이 달라져요.

물은 액체이기 때문에, 손으로 잡을 수 없고, 일정한 모양이 없으며, 담는 그릇에 따라 모양이 달라지지만, 얼음은 단단한 고체로, 일정한 모양을 유지하고 있어요. 또 물은 언제나 투명하지만, 얼음은 투명하거나 하얀색 또는 파란색으로 보일 때가 있어요.

▲투명한 얼음(출처: 에듀넷)

▲파란색 얼음(출처: 에듀넷)

▲하얀색 얼음(출처: 에듀넷)

이렇게 얼음의 색깔이 달라 보이는 이유는 얼음의 두께에 따라 빛의 반사가 달라지기 때문이에요. 빛은 물체에 부딪쳤을 때 반사되거나 흡수되거나 혹은 통과하는데, 얇은 얼음은 모든 색깔의 빛이 통과하여 투명하게 보이는 거죠. 하지만 빙하와 같이 두꺼운 얼음은 파란색의 빛을 반사시켜서 우리 눈에 파란색으로 보여요. 얼음이 얼기 전 액체 상태의 물은 공기를 일정량 함유하고 있는데, 물이 얼 때 공기가 미처 빠져나가지 못하고 그대로 얼어버리면 공기가 있던 곳에 빈 공간이 생기게 되고, 빛이 빈 공간을 지날 때 난반사되기 때문에 얼음이 하얗게 보인답니다.

우리가 냉장고에서 흔히 보는 얼음의 색깔은 투명하거나 약간 하얀색이에요. 하지만 하늘에서 내리는 눈은 흰색이고 빙하를 보면 푸르게 보이기도 해요. 투명한 얼음을 만들기 위해서는 물 속의 기체들이 빠져나올 수 있도록 물을 끓인 후 냉동실에서 천천히 얼리면 돼요.

■ 물과 얼음의 상태 변화

얼음이 물이 되기 위해서는 주변에서 열을 얻어야 하고, 반대로 물이 얼음이 되기 위해서는 가지고 있는 열을 내보내야 해요. 우리가 얼음 근처에 있으면 얼음에 닿지 않아도 차갑게 느껴지는데, 얼음이 녹으면서 주변의 열을 흡수하기 때문이에요.

반면에 물이 얼음이 되면서 열을 방출하는 것을 이용하는 경우도 있어요. 제주도에서는 겨울철 낮은 기온 때문에 감귤이 받는 피해를 막기 위해서 물을 뿌린다고 해요. 물이 얼면서 열을 방출할 때 주변 온도가 높아지기 때문에 냉해를 막을 수 있는 것이에요. 또 극지방에서 이글루를 짓고 사는 사람들은 이글루 안에 물을 뿌리는데, 이것 역시 물이 얼면서 열을 방출해 내부 온도가 높아지는 원리를 이용한 것이랍니다.

▲겨울철 냉해 방지(출처: 에듀넷)

▲이글루 내부 온도를 높임(출처: 에듀넷)

일반적으로 고체가 액체가 되는 경우에는, 물질을 이루는 입자들이 에너지를 얻어 운동이 활발해지면서 입자 사이의 거리가 멀어지게 됩니다. 따라서 대부분의 고체가 액체로 될 때 질량은 변하지 않지만 부피가 늘어나지요. 하지만 고체인 얼음이 액체인 물이 될 때는 부피가 줄어 들어요. 물의 입자 구조 때문인데 물이 얼면 물 입자들은 육각형 모형으로 만들어지게 되면서 입자 사이에 빈 공간이 생기게 되고, 입자 사이의 거리가 액체일 때보다 멀어져 부피가 늘어나게 되는 것이에요.

페트병에 물을 가득 담아 얼리면 페트병이 깨지거나 입구로 얼음이 나오는 경우도 물이 얼음이 되면서 부피가 늘어났기 때문이에요. 반면, 얼음이 물이 되는 경우에는 이러한 결합이 깨져 육각형 모양 안의 빈 공간에도 물 분자들이 자유롭게 들어갈 수 있어서 얼음일 때보다 부피가 줄어들게 되는 것입니다.

▲물과 얼음의 입자 구조(출처: 에듀넷)

[자료출처: 에듀넷]