과냉각현상은 어떠한 원리 때문에 일어나는 현상인가요?

Question

가끔 유튜브 쇼츠 영상에서 추운 곳에서 물병을 살짝 흔들기만해도 물이 천천히 얼기 시작하는 것을 볼 수 있는데 이러한 현상이 과냉각인 걸 알고는 있지만 어떠한 원리 때문에 일어나는지는 모르겠어서 궁금합니다!

Answer 1

안녕하세요. 과학전문가입니다.

냉동고에서 갓 꺼낸 소주는 얼지 않은 액체 상태입니다. 하지만 살짝 흔들거나 충격을 주면 얼기 시작하는데, 이는 과냉각(supercooling) 현상이라고 하지요

물은 0℃ 이하에서 얼음이 된다고 알려져 있지만 0℃가 되는 순간 바로 어는 것은 아닙니다. 액체에서 고체로 분자 구조가 바뀌기 위해서는 시발점이 되는 방아쇠가 필요하기 때문이다. 이를 화학에서는 핵이라 하며 강한 충격이나 표면의 흠집, 이물질 등이 핵 생성을 돕습니다.만약 핵이 만들어지지 않으면 물의 온도가 영하로 떨어지더라도 얼지 않고 액체 상태를 유지하는 과냉각이 된다. 즉, 영하 5℃의 물이 존재할 수 있습니다.

Answer 2

과냉각은 거의 얼기 직전의 액체에서 나타나는 현상입니다.

액체가 어는점이 지나더라도 아직 액체의 상태가 유지되는데, 이것을 과냉각이라고 합니다.

과냉각 상태에서 뚜껑을 열게 되거나 충격이 가해지게 되면, 액체를 흔들고 얼어버리게 됩니다.

즉, 과냉각 상태에서는 충격에 의해 쉽게 고체로 상변화가 일어나게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

일단 과냉각의 정의부터 보죠. 과냉각이란 물체의 존재 온도 범위 밑으로

더욱 냉각된 상태를 말합니다.

물로 설명드리죠.

물이 보통 1기압에서 0'C에서 얼어요.

물이 얼때는 물속에 응결핵이 있어야 그 주위로 물 분자들이 붙어 얼 수 있습니다.

응결핵이 없으면 어는점 밑으로 내려가도 얼지 않게 됩니다.

응결핵 외에도 과냉각의 원인은 몇 개 더 있습니다.

대표적으로 물체의 phase(존재 상태)가 변하는 속도보다 냉각속도가 빠를 경우 입니다.

물을 급속도로 온도를 낮추면 얼기도 전에 온도가 어는 점 보다 낮아지는 경우가 있습니다.

이럴 때도 마찬가지로 0도 이하의 과냉각된 물을 볼 수 있죠.