냉장고에 깨끗한 물을 얼려도 투명하거나 혹은 불투명하게 되는 이유가 뭔가요?

Question

보통 물을 얼려서 얼음 만들면 투명한 얼음이 되거나 불투명한 얼음이 되는데

이렇게 얼음이 투명,불투명 두가지로 나뉘어 얼음이 되는 이유가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 과학전문가입니다.

일단 불투명해지는 이유를 알면 해결됩니다.

불투명한 이유는 얼음 내부에 공기가 존재하여서 그렇습니다. 물컵에 젓가락을 꼿아두면 젓가락이 물과 공기계면을 기준으로 꺽여 보이죠? 이것이 굴절률 차이로 인하여 발생한 것입니다.

여기에 기반을 두어, 얼음에 공기가 존재한다면 어떨까요?

얼음과 공기의 굴절률이 다르니 얼음안으로 들어간 빛이 굴절을 일으키겠지요. 그리고 얼음안에 갇힌 공기의 모양이 일정하지 않고 제각각이니 굴절은 제멋대로 다양한 방향으로 일어나게됩니다. 이것을 '난반사'라고 부릅니다.

조금 복잡하지만, 얼음 입장에서 빛을 직진을 방해하는 주체가 되는 것의 크기가 20 nm이상, 즉 가시광선영역의 1/20이상의 크기가 되면 산란이 되고, 산란이 되면 뿌옇게 됩니다. (Haze발생)

그래서 정리하면, 투명한 얼음은 내부에 공기가 갇히지 않은것 불투명한 것은 공기가 존재하는 것으로 나눌 수 있겠네요. 보통 마트에서 파는 칵테일 얼음들이 투명한데.. 그 이유는 뜨겁게 물을 데운 상태에서 얼리기 때문입니다.

물을 뜨겁게 데우면 물에 대한 공기의 용해도가 떨어지게되고, 물 내부의 공기량이 줄어들게 됩니다. 이때 얼리게 되면 내부에 공기가 갇힐 일이없지요.

Answer 2

안녕하세요. 진정현 과학전문가입니다.

냉장고에서 얼린 얼음은 투명하지 않고 뿌옇기 때문에 깔끔하고 청량한 분위기를 내기에는 한계가 있습니다.

집에서 얼린 얼음이 불투명한 이유는 물속에 녹아 있던 공기가 물 밖으로 빠져 나가지 못하고 갇혔기 때문입니다.

냉장고 안에 있는 물은 냉기에 직접 노출된 물의 표면부터 얼기 시작합니다. 시간이 지나면서 옆쪽과 아래쪽도 얼기 시작합니다. 이 과정에서 물은 얼지만 물속에 녹아있는 공기는 얼지 않기 때문에 공기는 얼음 밖으로 밀려 나갑니다.

냉장고 안의 물이 바깥쪽부터 얼기 때문에 물속에 있던 공기는 바깥으로 빠져 나가지 못하고 얼음 속에 갇히게 됩니다. 얼음 크기가 점점 커지면서 밀려난 공기는 아직 얼지 않은 가운데로 몰리게 됩니다. 시간이 지나 그곳마저 얼어버리면 모여 있던 공기방울은 얼음 속에 하얗게 남게 됩니다.

그래서 얼음을 만들 때 가장 나중에 언 곳이 불투명하게 보이는 것입니다. 냉장고에서 만들어진 얼음을 자세히 보면 얼음 전체가 불투명하지 않고 중간 아래쪽이 하얗게 되어 있는데 이 부분이 가장 나중에 언 곳입니다.

Answer 3

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

물이 불투명하게 어는경우는 물의 표면부터 얼어붙기시작해 내부에 공기가 가득찬 경우입니다.

반대로 투명하게 어는이유는 안쪽부터 서서히얼어 공기방울을 밀어내며 어는경우입니다.

감사합니다.

Answer 4

안녕하세요. 과학전문가입니다.

얼음을 투명하게 얼리기 위해서는 내부에 기포가 없도록 해줘야합니다. 일상적으로 얼리게 된다면 기포가 들어갈 수밖에 없어 불투명하게 얼게 됩니다. 많은 정수기에서는 그래서 기포가 없도록 물을 분출해주거나 기포를 제거하는 방법을 통해서 얼음을 투명하게 만들어주곤 합니다.

Answer 5

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

물속에 포함된 공기와 관련있습니다.

물은 냉기를 받게되는 바깥쪽부터 얼게 됩니다. 그럼 물 속의 공기와 무기 염류 등은 얼어버린 물의 반대쪽으로 모이게 되고 결국 얼음의 중심부에 모이며 불투명한 상태가 됩니다.

중심부부터 얼리는 방식의 제빙기에 나온 얼음이 투명한 것은 위의 원리를 이용 물속 공기와 무기 염류를 바깥으로 밀어내어 얼리기 때문입니다.

Answer 6

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

얼음이 얼기전에 물 내에 기체가 많이 함유된 경우에 얼게 될 시 뿌옇게(불투명하게)될 수 있습니다.

기체는 높은 온도의 액체에서 잘 녹지 않으며 낮은 온도의 액체에서 잘 녹습니다. 탄산 음료를 시원하게 먹는 이유도 이 때문이죠.

그래서 시원한 물의 경우나 수돗물의 경우에 이산화탄소나 다른 종류의 기체가 녹아 있을 수 있습니다. 그리고 이 기체가 포함된 물을 얼리게 되면, 물은 얼지만 기체는 얼지 않고 얼음에 갇히게 되는 것이죠. 그래서 얼음이 불투명하게 될 수 있습니다.

만약, 투명한 얼음을 만들고 싶으시다면 정제된 순수한 물을 사용하여 얼리시거나, 물을 한 번 끓인 뒤(기체가 다 날아감) 따뜻한 물을 얼리시게 되면 투명한 얼음을 만드실 수 있습니다.

Answer 7

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

물속에 산소가 녹아 있는데 이것이 갇힌 상태에서 얼게 되면 불투명한 부분이 생깁니다. 끓인 물을 넣으면 산소가 날라가서 깨끗한 얼음이 생깁니다.

Answer 8

고온의 물을 다시 얼리면 기체의 용해도가 낮아지기 때문입니다.

물을 끓이게 되면 물 속의 기체들이 모두 빠져나오게 됩니다.

즉, 용해도가 낮아진 상태에서 얼리게 되면 기체가 빠져나가 투명한 상태가 됩니다.

반대로 저온의 물을 얼리면 불투명하게 됩니다.