얼음이 물 위에서 부터 어는 이유.....

비밀은 물의 분자구조에 있습니다. 고체, 액체, 기체 상태에서 각각 다 른 상태로 변하는 상전이가 일어나려면 반드시 숨은 열의 출입이 있어 야 한다. 얼음 1g이 물 1g으로 변할 때는 약 80cal의 숨은열이 필요하 다. 0℃의 물 1g을 1백℃로 만드는데 필요한 열량이 1백cal인 것을 감안 하면, 얼음이 물이 되는데 필요한 열량이 매우 크다는 것을 알 수 있 다. 얼음이 녹으면서 시원해지는 것은 바로 얼음이 상전이에 필요한 숨 은열을 주변 공기로부터 빼앗아가기 때문이다. 물이 상전이를 일으킬 때 숨은열이 필요한 이유는 원자와 분자세계에서 일어나는 화학결합 때 문이다. 물(H2O)에서 산소 원자는 그보다 작은 2개의 수소 원자와 결합 돼 있다. 물분자는 V자 모양으로 수소 2개가 양끝에 위치하고, V자의 꼭 지점에 산소가 위치해 있다. 그런 데 물분자에서는 산소가 수소의 전자 를 끌어 당기는 힘이 강해 부분적으로 수소 원자 쪽은 양전기를 띠고 산 소 원자 쪽은 음전기를 띤다. 이웃의 다른 물분자에서도 이와 같아서 물 분자 각각의 수소와 산소가 서로 끌어당기게 된다. 바로 이러한 분자간의 결합이 수소결합이다. 수소결합이 물분자들을 서 로 끌어당겨 모여 있을 수 있게 해주기 때문에 물은 쉽게 증발해버리지 않고 액체로 남아 있을 수 있다. 만일 수소결합이 없다면 물분자 하나하 나는 뿔뿔이 흩어져 기체로 날아 가고 지구상에는 물이 한방울도 없을 것이다. 고체가 액체에 뜨는 유일한 물질 얼음이 물에 뜨는 것도 수소결 합 때문이다. 온도가 낮아져 얼음으로 변할 때 수소결합은 분자들을 잡 아 매 단단한 고체를 형성한다. V자형의 꼭지점에 있는 산소 원자 는 원 래 2개의 수소 결합을 만들 수 있다. 때문에 다른 물분자들의 수소를 끌 어당겨 산소 원자 1개에 4개의 수소 가 달라붙 는 형국이 된다. 이를 중 앙의 산소 원자에서 보면 주변의 수소들이 마치 정사면체의 꼭지점에 하 나씩 있어 그 모양이 방조 제를 쌓을 때 쓰이는 발이 넷 달린 콘크리트 구조물을 연상시킨다. 물분자들이 이런 식으로 얽히고 설켜 물은 액체 로 있을 때보다 얼음이 될 때 공간을 더 많이 차지하게 돼 부피가 커지 고 밀도가 낮아진다. 액체보다 고체의 밀도가 낮은 것은 모든 물질 중에 서 물이 거의 유일하다. 만일 얼음의 밀도가 물보다 컸다면 얼음은 호 수 바닥으로 가라앉고 연이어 수면에서 얼음 이 얼자마자 바닥으로 가라 앉아 호수는 순식간에 전체가 꽁꽁 얼어버릴 것이다. 그러나 다행히 얼 음은 물에 뜨기 때문에 얼 음이 물을 덮어 찬공기를 물과 차단시켜 얼 음 아래의 물이 더 이상 얼지 않는다. 이 때문에 겨울에도 호수의 물고 기들이 죽 지 않고 생활할 수 있으며 북극과 남극의 얼음 아래 바다에 서 생물들이 살수 있는 것이다.