물이 얼 때 표면부터 어는 이유가 뭔가요?

Question

물을 얼릴 때 보면 가운데보다 가장자리 즉 겉면이 먼저 얼게되는게 중심부보다 표면이 먼저 얼게되는 원리가 뭔지 궁금합니다.

중심부터 얼릴 순 없는 건가요?

Answer 1

물의 특수한 성질 때문에 물은 표면부터 얼게 됩니다.

일반적으로 대부분의 물질은 온도가 낮아지면 부피가 줄어들게 됩니다.

그리고 밀도는 온도가 낮아질수록 커집니다.

하지만 물은 온도가 4℃가 될 때까지는 다른 물질과 동일하게 온도가 낮아지면 부피가 작아지면서 밀도가 커지지만, 온도가 4℃ 보다 낮아지면 오히려 부피가 증가하여 밀도가 작아지게 됩니다.

결국 얼어 있는 물은 그냥 물의 온도인 4℃보다 낮기 때문에 밀도가 작아져 물 위로 뜨게 되는 것이지요.

밀도가 높은 물은 무겁기 때문에 아래로 내려가고 얼음은 가벼워져서 위로 올라갑니다.

Answer 2

물의 밀도는 4도에서 가장 크기 때문에 그렇습니다.

밀도가 크면 부피대비 질량이 크다는 뜻인데, 물이 4도에서 가라앉기 시작합니다.

이때 아래쪽에 있던 덜 차가운 물이 위로 올라가며 순환이 발생합니다.

이런 현상이 반복되어 항상 아래쪽에 더 차가운 물이 존재하게 되고 표면부터 얼게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 강형규 과학전문가입니다.

물은 H2O의 분자구조를 가진 액체입니다.

1. 다른 액체와 다르게 온도가 내려가면 밀도가 증가하다가 4도씨가 되었을때부터 밀도가 감소하기 시작하여 고체인 얼음이됩니다. 밀도가 감소한다는건 부피가 커진다는 것(물분자의 수소결합으로 안정한 육각구조가 형성되기때문)이고, 이때 부피가 커진 분자들이 위로 올라가 표면에 자리를 잡아 얼기 시작하는겁니다.

2. 따라서 자연현상에서는 물을 중심부터 얼게 할 수 없습니다.

Answer 4

안녕하세요. 과학전문가입니다.

물에서 위와 아래쪽 온도가 다르기 때문에 물표면서 얼기 시작하면서 대류 현상이 반복되며 점점 얼게되는거죠