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얼음, 넌 누구니?

얼음을 빨리 녹이는 방법을 찾기 위해 일단 얼음이 무엇인지 알아보는 게 좋겠어요. 얼음은 언제, 어떻게 만들어지는 걸까요?

얼음은 상온에서 액체인 물이 갖고 있던 열을 외부로 빼앗기면서 만들어져요. 이때 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해요. 따라서 얼음을 만들기 위해선 물을 냉장고처럼 매우 차가운 환경에 둬야 합니다. 차가운 환경에 놓이면 물은 열을 밖으로 빼앗겨 온도가 점점 내려가요. 온도가 약 0℃가 되면 얼음으로 변하지요.

이 과정을 좀 더 자세히 들여다 볼게요. 물은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이뤄져 있습니다. 세 원자는 ‘공유 결합’이라는 형태로 묶여있는데, 이들이 이루는 각도는 104.5예요. 액체 상태인 물 분자들은 비교적 자유롭게 움직입니다. 그러다 열을 빼앗기며 얼음이 되면서 분자들은 일정한 규칙에 따라 모여요.

이때 분자와 분자 사이에 공간이 고르게 생겨요. 운동장을 자유롭게 돌아다니던 분자들이 간격을 맞춰 팔을 뻗어 잡고 선 것처럼 말이에요. 이 공간으로 인해 얼음의 부피는 물이었을 때보다 약 10% 정도 늘어나고, 동시에 밀도는 줄어들어요. 페트병을 얼리면 뚱뚱해지고, 얼음을 물에 넣으면 위로 둥둥 뜨는 이유가 이 때문이랍니다.

얼음, 어떨 때 잘 녹을까?

자, 얼음이 어떻게 어는지 알았으니 반대로 잘 녹는 방법도 찾아봅시다. 얼음이 어떤 모양일 때, 어디에 넣었을 때 더 빨리 녹을까요? 기자가 얼음 155g을 직접 녹여봤습니다.

※ 편집자 주

이번 실험은 최대한 같은 장소, 같은 컵, 같은 양으로 진행했으며, 음료의 온도는 같다는 가정 하에 실험했습니다. 실험 결과는 환경의 온도, 그릇의 재질, 얼음의 크기나 모양과 같은 변수에 따라 조금씩 다를 수 있습니다.

물에 넣은 얼음이 콜라(탄산음료)에 넣은 얼음보다 1시간 15분 더 빨리 녹았다. 그 이유는 물과 탄산음료의 ‘비열’이 다르기 때문이다. 비열은 어떤 물질 1g의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량으로, 물의 비열이 탄산음료보다 높다. 따라서 탄산음료나 비타민 음료, 오렌지 주스, 우유 등 다양한 음료수에 얼음을 넣는 것보다 물에 얼음을 넣으면 더 빨리 녹일 수 있다.

각 얼음이 약 1시간 정도 더 빨리 녹았다. 표면적이 훨씬 넓기 때문이다. 구는 같은 부피일 때, 표면적이 가장 작은 도형이다. 따라서 같은 부피의 얼음을 음료수에 넣어 녹일 때 각 얼음 여러 개가 음료와 접하는 면적이 구 모양의 얼음보다 넓고, 녹는 속도도 빠르다.

실험 전 각 얼음이 더 빨리 녹을 거라고 예상했다. 얼음은 공기와 맞닿은 표면이 녹아 물이 되고, 이 물은 공기 중의 열을 얼음으로 전달해 녹는 속도가 더 빨라진다. 반면 눈처럼 곱게 간 빙수 얼음은 얼음의 입자가 매우 작아 물방울이 생겨 달라붙기 어렵다. 덕분에 공기 중의 열을 전달하는 속도도 느려져 각 얼음에 비해 천천히 녹는다.

⁂실험 결과가 예상과 다른 이유 : 빙수 얼음을 충분히 곱게 갈지 못했기 때문으로 분석된다.

집에서 얼린 얼음이 20분 정도 더 빨리 녹았다. 보통 집 냉동실의 적정온도는 영하 18℃로, 얼음이 급속히 얼어 분자 구조가 불안정하고 틈이 많아 빨리 녹는다. 반면 편의점에서 산 얼음은 물의 어는점인 0℃에 최대한 가까운 온도에서 48시간 이상 천천히 얼려 비교적 튼튼하고 강도가 세다.