물의 상전이
물의 여러가지 모습을 가지고 있다. 일반적인 온도와 기압에서 물질의 세가지 상태로 존재할수 잇는데 거대한 빙하, 넓고 깊은 바다, 하늘의 구름 처럼 고체, 액체, 기체로 나타나는 것이다.
우선 얼음이 녹으려면 열이 필요하다. 이것을 융해열 이라고 한다.0°C의 얼음 1g 이 물로 바뀌려면 80cal 의 열이 필요하다. 봄에 기온이 올라가고 눈이 녹는 모습을 보면 천천히 녹는데 이렇게 천천히 녹는것은 얼음의 융해열이 크기 때문이다. 반대로 융해열이 작다면 눈이 순식간에 녹아 해빙기에 큰 홍수가 발생할 것이다.
얼음이 녹으면 주변이 시원해 지는데 이것은 얼음이 상전이(물질이 고체에서 액에, 액체에서 기체로 변하는 현상) 되면서 필요한 숨은열(상전이동안 물질에서 주변부로 흡수하거나 방출하는 열)을 주변 공기로 부터 가져오기 때문이다.
물이 상전이를 일으킬 때 숨은열이 필요한 이유는 불이 특이한 화학결합을 하고있기 때문이다. H2O즉 산소원자 1개에 그보다 작은 수소원자 두개가 결합된 형태는V자 모양을 하고있다. V자의 꼭지점에 산소사 위치하고 양 끝에 수소 두 개가 위치해 있는데 산소사 수소 전자를 끌어당기는 힘이 강해서 부분적으로 수소원자 쪽은 양전기를, 산소원자 쪽은 음전기를 띤다. 주변의 다른 물분자들도 같은 구조여서 물분자의 수소가 서로 끌어당기는데 이러한 분자간의 결합이 수소결합니다.
수소 결합이 물분자들을 써로 끌어당기고 있기 때문에 물은 쉽게 증발해 버리지 못한다. 만일 수소결합이 없다면 물분자는 기체로 뿔뿔이 흩어져 액체 상태의 물을 발견하기는 어려울 것이다.
물보다 가벼운 얼음
얼음은 물 위에 뜬다. 이것은 수소결합 때문이다. 물의 온도가 낮아지고 얼음이 될 때 수소결합은 분자들을 더욱더 단단하게 잡아 고체가 된다. V자 형태의 물분자 꼭짓점에있는 산소원자는 원래 2개의 수소결합을 만들수 있는데 얼음의 형태는 분자들을 더욱 단단히 붙으려해서 다른 불 문자들의 수소까지 잡아당겨 산소원자 한개에 4개의 수소 분자가 달라붙으며 육각형 고리를 만든다. 그러면서 물이 흩어져 액체로 있을 때보다 육각형 고리를 형성한 얼음일때 부피가 더 커지고 밀도는 낮아진다.
물의 부피는 4°C 일때 가장 작고, 이보다 온도가 낮아지면 오히려 부피가 커진다. 컵에 얼음을 얼리면 물 이었을때 보다 더 높게 올라와 얼어있는것을 경헙했을 것이다. 물은 액체 상태일때 보다 고체상태 얼음이 되었을때 1/10 정도 부피가 더 커진다. 그래서 수면위로 올라온 빙산의 일각은 1/10 으로 아주 조금인 것이다.
물은 고체가 액체 위에 뜨는 거의 유일한 물질이다. 만약 반대로 수면의 얼음이 얼자마자 바닥으로 가라앉고 또 가라앉으면 호수 전체가 순식간에 얼어버리고 생태계가 파괴될 것이다. 다행히 얼음이 물 위에 뜨면서 아래의 물을 차가운 공기와 차단 시키면서 물속의 생물체가 존재하고 살아갈수 있는 것이다.
거대한 얼음
빙하는 극지방 뿐 아니라 히말라야나 알프스등 눈덮인 산악 지대에도 볼수있다. 남극에서는 빙하가 해안에 내려와 육지와 가까운 얕은 바다를 덮고 있다. 이것이 바로 빙붕이다. 빙붕의 두께는 평균 200~900m 정도이고 남극 해안의 30%가 빙붕으로 되어있다. 일반적으로 극지의 얼음은 빙산을 뜻하는데 빙산은 바다에 떠있는 거대한 얼음덩어리이다. 이 빙산은 남극에서는 윗면이 평평한 탁상형 이고, 북극의 빙산은 뾰족하거나 불규칙한 모양이다. 남극의 빙산이 평평한 이유는 아주 넓은 빙붕으로부터 떨어져 나왔기 때문인데 이러한 형태는 바닷물과 맞닿아 녹으면서 기묘한 형태로 변한다. 빙산의 색은 우리가 사진에서 많이 본것처럼 푸른빛이 감도는 하얀색이다. 그런데 간혹 초록빛을 내는 빙산을 볼 수 있는데 푸른빛의 육상빙과 노란빛의 해빙(바닷물이 얼음) 이 합쳐져서 만들어진 초록빛 이다.
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