강, 호수, 양동이의 얼음이 얼 때 표면만 얼고 내부는 얼지 않는 이유가 뭘까요?

Question

강이나 호수 또는 양동이의 얼음이 얼게 되면 대부분 표면만 얼어 있고 속 내부는 완전히 얼지 않은 상태로 남게 되는데 그 이유는 무엇일까요?

Answer 1

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

얼음이 완전히 얼어있는 것처럼 보이지만 실제로는 얼음의 내부는 완전히 얼어있지 않습니다. 이는 얼음의 구조와 물의 특성 때문입니다.

우선 얼음의 구조에 대해 알아보겠습니다. 얼음은 물 분자들이 서로 결합하여 만들어지는 고체입니다. 그러나 물 분자들이 결합할 때는 일정한 간격을 유지하며 결합하게 됩니다. 이게 바로 얼음의 구조를 이루는 결정 구조입니다. 이 구조는 물 분자들이 결합할 때 형성되는 공간이 있기 때문에 얼음의 내부에는 빈 공간이 존재합니다.

그리고 물의 특성에 대해서도 알아보겠습니다. 물은 얼음이 되기 전에는 액체 상태로 존재합니다. 액체 상태의 물은 분자들이 서로 이동하며 자유롭게 움직일 수 있습니다. 그러나 얼음으로 변하면서 물 분자들의 이동이 제한되게 됩니다. 이게 바로 얼음의 내부에 빈 공간이 존재하는 이유입니다. 물 분자들이 결합할 때 형성되는 공간이 있기 때문에 얼음의 내부에는 물 분자들이 이동할 수 없는 빈 공간이 생기게 됩니다. 얼음의 구조와 물의 특성 때문에 얼음의 내부에는 빈 공간이 존재하기 때문입니다. 이러한 이유로 얼음의 내부는 완전히 얼어있지 않지만 외부에서 바라볼 때는 얼음으로 보이는 것입니다. 감사합니다.

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Answer 2

안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.

물은 4도에서 밀도가 가장 큽니다. 온도가 낮아지면 물의 밀도가 증가하는데, 그러다가 4도가 되면 밀도가 최대가 되며 온도가 더 낮아지면 오히려 밀도가 작아지면서 위로 상승합니다. 그러므로, 기온이 섭씨 4도 아래로 내려가면 물이 순환을 멈추고 4도의 온도를 갖는 물은 아래쪽에 자리잡고 있고 온도가 4도보다 더 내려간 물은 오히려 밀도가 작아져 위쪽에 위치하게 됩니다. 이렇게 되면 표면부터 물이 얼게 됩니다.