얼음에 관한 정보

 

 

 

 

1. 얼음의 정의

• 얼음은 물이 얼어 고체가 된 상태를 말한다.
• 물이 얼어 생긴 얼음은 수빙(水氷)이라고 하며, 눈이 얼어서 생긴 얼음은 설빙(雪氷)이라고 한다.
• 흔히 볼 수 있는 얼음은 투명하다. 혹은 공기 등의 불순물이 섞여서 약간 푸르스름한 흰 빛을 띈다.
• 물은 1 기압 하에서 0°C (273.15 K, 32°F)에 얼어서 얼음이 된다.
• 물은 4°C에서 가장 밀도가 높으며, 온도가 0°C로 내려감에 따라 물 분자 간에 수소 결합이 형성되면서 육방형의 결정을 형성하기 시작한다.
  물이 얼게 될 때 분자가 보다 비효율적으로 나열되게 되면서 부피가 늘어난다.
• 1 기압에서 얼음은 액체상태인 물 보다 8% 정도 밀도가 낮아서 물에 뜬다.
• 물은 얼 때 부피가 늘어나는 유일한 비금속이다.

 

2. 얼음의 종류

• 17가지 종류의 다른 상이 존재한다. (2010년 기준)
• 일상에서 볼 수 있는 얼음과 눈은 모두 육방정계이며, 얼음 I_h라 불린다.
  압력을 높이고 온도를 변화시켜 십여 가지의 서로 다른 상을 형성할 수 있으며, 입방정계이며 I_h보다 약간 불안정한 얼음 I_c도 존재한다.

상	성질
비결정질 얼음	비결정질 고체로 결정 구조가 존재하지 않는다. 대기압 또는 그 이하에서 형성되는 저밀도 비결정질 얼음(LDA), 대기압 이상에서 발견되는 고밀도 비결정질 얼음(HDA)과 초고밀도 비결정질 얼음(VHDA)으로 나뉜다.
얼음 Ih	육방정계 결정으로, 일상적으로 볼 수 있는 거의 모든 얼음은 여기에 속하고 극히 일부만이 얼음 Ic이다.
얼음 Ic	준안정한 입방정계 결정이다. 130~150 K 사이의 온도에서 형성되며, 200 K까지는 안정하고 그 이상에서는 얼음 Ih가 된다. 대기권 상층에서 종종 발견된다.
얼음 II	잘 정렬된 삼방정계 결정이다. 얼음 Ih를 190~210 K에서 압축하면 형성되며, 열을 가하면 얼음 III가 된다.
얼음 III	정방정계 결정으로, 물을 300 MPa의 압력에서 250 K로 냉각시키면 형성된다.
얼음 IV	준안정한 삼방정계 결정이며 압력과 온도만을 조절해서는 얻을 수 없다.
얼음 V	단사정계 결정으로, 물을 500 MPa의 압력에서 253 K로 냉각시키면 형성된다. 다른 상에 비해서 가장 복잡한 구조를 가지고 있다.
얼음 VI	정방정계 결정으로, 물을 1.1 GPa의 압력에서 270 K로 냉각시키면 형성된다.
얼음 VII	입방정계 결정이며 수소 원자의 위치가 불규칙하다.
얼음 VIII	얼음 VII와 비슷하나 조금 더 규칙적이다. 얼음 VII를 5 ℃ 정도로 냉각시키면 형성된다.
얼음 IX	정방정계 결정으로 얼음 III을 208 K에서 165 K로 냉각시키면 형성된다. 140 K 이하의 온도와 200~400 MPa의 압력에서 안정하며, 밀도가 1.16 g/cm3으로 보통 얼음보다 높다.
얼음 X	40~45 GPa의 압력에서 형성된다. 얼음 VII가 70 GPa의 압력에서 얼음 X로 변화할 것이라는 예상이 있다.
얼음 XI	강유전성을 지닌다.
얼음 XII	정방정계 결정으로 얼음 V와 얼음 VI가 안정한 조건에서 준안정하다.
얼음 XIII	얼음 V의 수소가 정렬된 형태다.
얼음 XIV	얼음 XII의 수소가 정렬된 형태다.
얼음 XV	영하 143 ℃에서 무려 1백만 기압의 압력을 가해 만든 얼음이다.

《온도와 압력에 따른 얼음의 상 구분》

 

3. 얼음의 성질

• 상압에서 얼음 I_h는 주로 부피가 커지는 방향으로 결정이 생성된다.
  이 얼음은 물보다 밀도가 가볍기 때문에 물에 뜨며, 이 때문에 수중 생물이 겨울에도 죽지 않고 버틸 수가 있다.
• 냉동된 동물 세포의 경우, 세포의 자유수(free water)가 같은 분자수의 물보다 부피가 커진 얼음에 의하여
  압력을 견디지 못한 세포막이 파괴되고 날카로운 끝에 의하여 세포소기관이 파괴되면서
  (예를 들어 세포소기관막 바로 옆에 있던 물이 얼어 틈새를 비집고 들어가거나 세포소기관 내부의 물이 얼어 터진다.)
  세포의 구조가 완전히 무너진다.
• 심한 동상에서 피부 괴사가 일어나거나 냉동 고기의 맛이 떨어지고, 냉동인간 기술 실현이 어려운 이유 중 하나가 바로
  세포 내의 자유수를 모두 동결방지제로 교환하기 때문이다.
• 이러한 성질 때문에 발생하는 그 외의 현상은 수도관 동파 등이 있는데, 이 경우에 물을 흐르게 해 주면 동결이 잘 되지 않아 동파를 예방할 수 있다.
• 초고압에서는 얼음의 상 중 부피가 작은 얼음이 더 안정하며 물보다 밀도가 커서, 다른 물질처럼 부피가 작아지는 방향으로 결정이 형성된다.

   

 

4. 얼음을 잘 얼리는 법

• 일반적으로 얼음을 얼릴 때 천천히 얼리게 된다면 내부에 공기 방울 등의 불순물이 갖히게 되면서 투명하지 않은 얼음이 만들어진다.
• 투명한 얼음을 만들려면 우선 얼음을 급속도로 얼리는 방법이 있다. (제빙기 등)
• 얼리게 될 물 내부의 불순물을 제거하면 깨끗한 얼음을 얼릴 수 있다.
  한번 끓였다 식힌 물은 그냥 먹는 물과 조금 다르다. 물을 끓이게 되면 물에 녹아있던 공기 등 체 성분이 어느 정도 제거가 된다.
  이런 김 빠진 물을 얼리게 되면 얼음 생성 과정에서 기포가 덜 생기기 때문에 깨끗한 얼음을 만들 수 있다.

 

 

5. 얼음에 냄새를 베지 않게 하는 법

• 얼음 자체에서 냄새가 나는 경우: 대부분 같이 보관중인 음식물의 냄새가 밴 경우가 많다.
  이런 경우에는 냉동실 전용 탈취제를 사용하거나 숯, 10원짜리 구리 동전을 근처에 보관해 두거나, 신문지를 얼음틀 주위에 배치하거나 할 경우 냄새가 빠진다.
• 수돗물을 그대로 얼릴 경우 냄새가 날 수도 있다. 정수를 얼리는 것이 좋다.
  정수를 사용할 수 있는 환경이 아니라면 물을 끓여서 얼려보도록 한다.
• 얼음 틀에 낀 불순물에 의해 냄새가 나는 경우 얼음 틀을 잘 세척해 주는 것이 도움이 된다.
  일반적으로 플라스틱이나 실리콘에 낀 찌든 냄새나 때의 경우는 쌀뜨물 (녹말이 들어간)에
  1시간 정도 담궈두면 쌀뜨물 속의 녹말 성분이 찌꺼기 및 냄새와 결합하여 잘 제거된다.
  혹은 식초물에 10분 이상 담궈 두거나 잘 씻어서 햇빛에 말리는 것도 탈취에 도움이 된다.
• 얼음을 비닐로 싸서 보관을 하거나, 얼음 근처의 음식물을 보관할 때도 비닐로 싸거나 지퍼백 혹은 플라스틱 용기를 이용하여 보관하도록 한다.
• 제빙기를 이용한다 (?)
• 각얼음을 따로 구입하여 사용한다. (??)