생수병 흔들자 곧바로 얼어…신기한 과학 현상 포착

추운 겨울 야외에서 생수병을 살짝 흔들자 순식간에 얼어붙는 모습이 담긴 영상이 인터넷상에 공개돼 화제가 되고 있다.

16일 미국 소셜사이트 래딧닷컴에 공개돼 화제를 모은 이 놀라운 영상은 사실 물이 액체에서 고체 상태로 변하는 구조와 관련이 있다.

물은 보통 섭씨 0도부터 얼기 시작하지만, 불순물이 없는 매우 순수한 물은 영하 40도에 가깝게 내려가도 액체 상태를 유지하는 데 이를 ‘과냉각’ 상태라고 한다.

공개된 영상처럼 과냉각 상태에 있는 물은 페트병을 살짝 흔들어 충격을 주면 준안정 상태가 깨져 그 즉시 얼어붙기 시작한다.

물이 얼마나 촘촘하게 얼었는지는 기온에 따라 영향을 받지만, 영상만 봐서는 알 수 없다. 물은 얼 때 1g당 80칼로리의 열량을 방출한다. 일반 가정집 부엌에 있는 냉장고 냉동실의 온도는 온도가 그리 낮지 않으므로 물도 심하게 얼지 않는다.

물은 얼면서 열을 방출하는데 열이 남아있는 부분은 액체 상태를 유지해 얼어 있어도 셔벗과 비슷한 상태다. 하지만 이런 과냉각 상태의 물은 영하 섭씨 42도쯤 되는 극저온에서 순식간에 얼어붙는다.

사실 이런 기이한 현상은 물이 끓는점에 도달할 때도 일어날 수 있다.

섭씨 100도가 넘어도 기화하지 않는 현상을 ‘과열’ 상태라고 하는 데 과냉각 상태처럼 물에 불순물이 없는 순수한 상태에 가까울수록 잘 일어난다.

하지만 이런 상태에 있는 물은 더욱 위험하다. 흔들면 얼음이 아니라 갑자기 기체로 변해 매우 뜨거운 액체가 폭발적으로 분출할 수 있기 때문이다.

전자레인지로 순수한 물을 끓일 때 이런 분출이 일어나 화상 위험이 있으므로 주의할 필요가 있다.

사진=래딧닷컴

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr