한 겨울철에 강이나 호수는 꽁꽁 얼어도 바닷물은 얼지 않은 것을 볼 수 있습니다. 바닷물 속에 녹아 있는 소금이 물 분자들이 모여 얼음 결정을 이루는 것을 방해하기 때문이라고 합니다. 바닷물이 안 어는 이유 와 바닷물 어는점 내림 현상에 대해 알아보도록 하겠습니다.
▽ 바닷물 어는 점
바닷물의 어는 온도는 약 -1.8°C(28.8°F)입니다. 바닷물에는 녹은 소금이 들어 있어, 소금은 물의 어는점을 낮춰주기 때문에 극도로 추운 온도에서도 물이 충분한 소금을 함유하고 있다면 물은 얼지 않을 것입니다.
▽ 바다가 잘 얼지 않는 이유
극지방의 해빙을 보면 바닷물이 아예 얼지 않는 건 아닙니다. 하지만 대부분의 바다는 잘 얼지 않습니다.
바닷물의 어는점은 불순물로 작용하는 소금의 존재에 의해 낮아집니다. 소금이 물에 녹으면 얼음 결정의 형성을 방해하여 물이 얼기가 더 어려워집니다. 이것이 바다가 매우 낮은 온도에서도 높은 염분 함량 때문에 얼지 않은 채로 남아있을 수 있는 이유입니다.
얼지 않은 바다는 액체 상태로 남아 있고, 소금 함량이 높기 때문에 극도로 낮은 온도에서도 얼지 않는 소금물을 말합니다. 바닷물 속의 소금은 어는점을 낮춰 물이 얼기 어렵게 만들기 때문입니다.
▽ 어는점 내림 현상
어는점은 액체가 얼기 시작할 때의 온도를 말하며 순수한 물의 어는점은 일반적으로 0°C입니다. 물이 언다는 것은 온도가 0°C이하로 내려가면서 액체 상태에서 고체인 얼음이 된다는 것을 말합니다.
어는점 내림은 물에 다른 물질이 녹아 있으면 물 분자들이 모여 얼음 결정을 이루는 것을 어렵게 하기 때문에 물만 있을 때보다 어는점이 내려가는 것을 말합니다.
소금뿐 아니라 설탕을 비롯한 다른 물질이 녹아 있는 경우에도 어는 점이 내려갑니다.
녹아 있는 물질의 농도가 높을수록 어는점은 더 많이 내려갑니다.
▶ 어는점 내림 예시
- 어는점 내림의 예시는 자동차의 부동액입니다.
부동액은 물에 염화칼슘, 염화마그네슘과 같은 염류를 넣어서 응고점을 낮게 한 수용액을 말합니다.
자동차에는 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수가 사용되는데 겨울철에 기온이 영하로 내려가면 얼어서 파열의 위험이 있기 때문에 이를 방지하기 위하여 냉각수에 부동액을 넣어줍니다. - 또 다른 예시는 제설제입니다.
겨울철 눈이 쌓인 빙판길에 염화칼슘 또는 염화나트륨을 뿌리면 눈이 녹아내려 물이 됩니다. 수분을 흡수하여 열을 방출하는 발열반응을 일으키기 때문입니다. 물이 되면 수용액으로 어는점이 낮기 때문에 다시 얼지 않습니다.
염화칼슘은 실온에서 고체상태이지만 수용액은 최대 -52°C까지 어는점이 내려갑니다. 제설제로 염화나트륨보다 더 효과가 뛰어나지만 철근, 시멘트 등을 부식하는 성질이 매우 강하기 때문에 문제가 되고 있습니다. - 어는점 내림 현상을 이용하면 강물의 오염도를 쉽게 알 수 있습니다.
물에 녹아 있는 오염물질이 강물이 어는 온도를 낮추기 때문에 오염도가 높은 강물일수록 추운 겨울에도 더 잘 얼지 않습니다. - 순수한 얼음 또는 반도체 제조에도 이용됩니다.
얼음이 0°C에서 얼기 시작할 때 첫 번째로 순수한 물분자가 얼음이 되고 다음에 다른 순수한 물 분자들이 얼어붙으면서 얼음의 결정이 커져가게 되고 불순물은 어는점에 도달하지 못하고 액체 상태로 밀려나게 됩니다.
이와 같이 순수한 얼음을 만드는 원리를 이용해 순수한 실리콘 원판을 만듭니다. 반도체를 만드는 실리콘 원판은 순도가 99.99999999% 이상 이어야 한다고 합니다.
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