요즘 며칠동안의 날씨를 돌아보면 지구온난화의 영향 때문인지 기온이 예년에 비해서 상당히 높았습니다.
그러다보니 아침과 한낮의 기온차(일교차)가 커져서 주위에 감기 환자들도 많이 보이고 마치 늦은 봄 같다는 착각을 할때가 종종 생기곤 합니다.
이런 식으로 2~3주만 시간이 지나가면 금방 여름이 왔다는 말이 나올지도 모르겠습니다.
그렇게 되면 자연스럽게 많은 분들이 더위를 느끼게 되면서 시원한 음료수나 빙과류,아이스크림등을 찾게 되겠지요...
그리고 더운 여름철에 아이스크림이나 빙과류를 먹다보면 으례히 느끼고 경험하는 일들이지만 아이스크림이 너무 빨리 녹아내리곤 합니다.
또한 커피나 콜라같은 음료를 차갑게 마시려고 얼음을 넣기도 하는데 이 얼음도 기온이 올라갈수록 더 빨리 녹아버립니다.
그런데 여름철에 우리가 종종 먹게 되는 빙과류나 얼음과는 달리 팔팔 끓는 섭씨 100도의 물속에서도 녹지 않는 특이한 얼음이 있다는 사실을 여러분은 혹시 알고 계시나요...
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녹지 않는 얼음 아이스-7(ICE-VII)은 어떻게 발견되었나
통상 얼음은 섭씨 0도에서부터 녹아내리기 시작합니다.
그러나 노벨물리학상 수상자인 퍼시 브리지먼 박사는 "아이스-7"(ICE-VII)이라는 특이한 얼음이 있음을 일련의 실험으로 밝혀냈는데 이것은 끓는 물(섭씨 100도)속에서도 녹지 않습니다.
우선 아래의 얼음 분자구조를 비교해서 보아주십시오...
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기존의 얼음 분자 구조 아이스-7(ICE-VII)
아이스-7(ICE-VII)의 분자 구조. 보통의 얼음구조와는 달리 수소결합의 고리가 육각형 구조의 중심부를 관통하는 형상이다. ⓒ구글 학술검색
퍼시 브리지먼 박사는 여러 화학물질에 고압을 가한 후 일어나는 현상들을 면밀히 관찰하던 고압 실험물리학자였는데 얼음에 초고압을 가해보니 얼음속의 분자나 원자간의 거리가 훨씬 가까워지고 얼음이 가지는 소위 6각형 격자구조가 더욱 촘촘해지면서 어떤 외부적인 힘에도 (열에너지!)에도 쉽게 떨어지지 않게 되는 원리를 이용해 아이스-7(ICE-VII)이라는 얼음이 존재할 수 있음을 밝혀냈던 것입니다.
(퍼시 브리지먼 박사는 고압 물리학계의 선구자적인 인물로써 우리 모두가 흔히 알고 있고 지금도 산업분야에서 널리 사용되는 인조 다이아몬드의 제조원리를 최초로 정립했으며 1946년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 퍼시 브리지먼 박사의 보다 자세한 업적과 내력을 알고 싶으신 분들은 퍼시 브리지먼 ☜여기를 클릭하세요! )
그런데 왜 하필이면 아이스-7(ICE-VII)이라고 이름을 지었을까요...
그렇게 이름을 정한 이유는 7이 무슨 행운의 숫자여서가 아니라 압력과 온도에 따라서 얼음이 여러가지(이를테면 아이스-4 ,아이스-6같은 식의 일련번호로 이름이 붙게 된다!) 형태로써 존재하기에 얼음의 명칭과 숫자를 그런 식으로 부여한 것입니다. 다시 아래 그림을 보세요...
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아이스-7(ICE-VII)의 구조ⓒ구글 학술검색
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아이스-10(ICE-X)의 구조ⓒ구글 학술검색
위에 그림을 보시면 얼음에 가해지는 압력이 높아질수록 분자구조가 더욱 촘촘해지고 얼음의 일련번호가 올라가는 것을 알게 됩니다.
얼음의 기본적인 분자 구조, 성격과 아이스-7(ICE-VII)과의 차이점
여러분도 잘알다시피 물은 액체상태일때는 활발하게 분자운동을 하다가 온도가 내려가면 분자활동이 둔화되고 수소결합의 구조가 소위 육각형 모양으로 변하면서 얼음이 됩니다.
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물 분자의 운동상태를 표현한 그림 ⓒ구글 학술검색
그런데 액체상태일때는 분자간 운동이 활발하다보니 빈 공간이 별로 없지만 얼음이 되면 육각형 구조가 되면서 액체상태일때보다는 상대적으로 빈 공간이 훨씬 많아지는데 아이스-7(ICE-VII)은 초고압에 의해서 그 빈 공간 주변에 띄엄띄엄 존재하던 수소결합 분자구조가 관통하면서 공간이 줄어들거나 더욱 응집되고 촘촘해지는 것입니다.
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Liquid Water and Hydrogen Bonding
Concept Simulation - reenacts hydrogen bonding between molecules of liquid water.
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※Density(밀도), Dielectric Constant(절연 상수) ⓒ구글 학술검색
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화성에서 발견된 얼음 분화구의 모습ⓒ구글 학술검색
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