겨울철이 되면 길바닥의 얼음때문에 걷다가 넘어지거나, 운전하다 바퀴가 미끄러져 교통사고를 당하는 일이 빈번하지요.  

반면에 이 얼음의 미끄러움 때문에 스케이트나 썰매를 즐길 수가 있는데요, 오늘은 이런 얼음의 특성에 대해 좀더 자세히 알아보도록 하겠습니다.  

1. 물이 온도가 내려가면 얼음이 되는 이유가 왜 그런가요?

물은 100도 이상의 온도에서는 기체상태인 수증기가 되고, 영도 이하의 온도에서는 고체상태인 얼음이 되는데 이렇게 상태가 변하는 것은 물의 특성 때문입니다. 

물 분자, 즉 물의 가장 작은 입자는 마치 자석이 N극과 S극을 가지고 있는 것 처럼 한몸의 양쪽에 +와 – 극을 가지고 있는데요, 

서로 다른 물분자들이 가까워지면 +와 –는 서로 잡아당기는 인력이 작용하게 됩니다. 

물분자에서 이렇게 서로 잡아당겨 이웃하는 분자들끼리 결합되는 현상을 수소결합이라고 합니다. 

이 수소결합은 분자들의 움직임이 활발한 수증기에서는 거의 존재하지않고 액체인 물이 되면 어느 정도 강해지다가 얼음이 되면 더욱 강해지게 되어 

왠만한 힘을 주어도 끊어지지 않습니다. 이런 수소결합 때문에 액체인 물이 고체인 얼음으로 변하는 것입니다.

2. 얼음이 미끄러운 이유

얼음이 미끄러운 이유로 얼음에 압력을 가할 때 얼음이 녹아서 물이 나오기 때문에  미끄러진다는 (‘압력녹음’)설과 얼음에 마찰을 가하면 마찰열로 인해 물이 나와 

미끄러진다는(‘마찰녹음’)설이 오래전부터 있어왔는데요, 

이러한 설들은 과학자들에게 100%만족스러운 것은 아니었습니다. 

그러다 약 20년전 미국의 한 과학자가 첨단기기를 이용해 얼음의 표면이 액체인 물처럼 쉽게 움직일 수 있는 물층으로 덮여있다는 사실을 밝혀내고 

그 물층 때문에 압력이나 마찰을 가하지 않아도 얼음이 미끄러진다고 주장을 해 과학자들 사이에서 받아들여지게 되었습니다. 

얼음에 물층이 존재하는 이유는, 액체나 고체의 내부에 존재하는 물분자는 사방팔방으로 이웃하는 분자들이 존재해  비교적 강한 수소결합으로 연결돼 있지만 

표면에 노출된 물분자는 위쪽에서 잡아주는 힘이 없기 때문에 단단하게 결합할 수 없어 액체상태로 존재한다는 것입니다.  

3. 얼음이 두꺼워도 깨지는 이유

얼음이 두꺼워도 깨지는 이유는 얼음의 강도가 약해졌기때문인데요, 강도를 결정짓는 것은 바로 수소결합력입니다. 

그런데 이 수소결합력은 낮은 온도에서 더 강하게 나타납니다.  

예를 들어 두께가 똑같은 –40도 짜리와 0도짜리 얼음을 비교해보면 어느쪽이 더 강도가 셀까요? –40도짜리입니다.  

따라서 온도가 높이 올라가는 해빙기에는 얼음두께만 믿고 연못이나 강을 들어가다 큰 변을 당할 수가 있으므로 조심해야겠습니다.