얼음
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1. 소개
🧊 / Ice / 氷
1000 hPa, 273 K 미만일 때 물이 응고되어 생기는 고체. 동사 '얼다'의 어간 '얼-'을 어근으로 삼아 명사 파생 접미사 '-음'이 붙어 만들어진 파생 명사다.[1] 주변에 얼 수 있는 것은 물이 가장 흔하기에, '물이 언 것'으로 의미가 한정되어 쓰인다.
2. 학술적 정보
자연에서 산출되는 고체 중 하나로, 결정을 갖고 성분이 고정되어 있어 광물로 간주된다. 일반적으로 광물은 상온(섭씨 25도)에서 고체일 것을 요구하지만, 얼음, 수은 등의 몇 가지 예외가 있다. 흔히, '''지표상에서 가장 흔한 광물'''로 알려져 있다.[2] 학술적으로, 일반적인 환경(지표 환경)에서 접하는 얼음은 '얼음 1h'라고 명명되어 있다. 이 경우 H2O(물)가 단단한 수소 결합으로 육각 기둥 형태의 입체적인 결정 구조를 이룬다.[3] 이렇게 부수적인 명칭이 있는 것은 얼음이 압력과 온도에 따라 다양한 동소체를 가지고 있기 때문이다. 이 때문에 잘 알려진 육각 기둥의 얼음 결정 구조는 유일한 형태가 아니다.[4] 지구의 지표 환경 이외의 온도 및 압력 환경까지 고려하면 대략 17가지 정도의 결정 형태가 추정 및 관측되었다. 일반적으로 물질이 응고될 때에는 부피가 줄어들지만 물만은 예외적으로 이러한 구조 때문에 물에서 얼음으로 응고될 때에는 오히려 부피가 늘어난다. 물이 꽉 찬 병을 냉동실에 넣어 놓으면 병이 지나치게 부풀어 오르거나 깨지는 이유도 이것 때문이다.
열역학에 의하면 공기가 극한으로 건조하거나 대기압이 매우 낮아 수분 증발량이 엄청날 경우, 물이 증발하면서 열을 빼앗아가는 것을 이용하여 이론적으로 영상의 온도에서도 물을 얼릴 수 있다. 십자군들을 놀라게 했던 이슬람 군주들의 별미, 얼음 셔벗이 바로 이 방법(건조한 사막의 기후를 이용)으로 만들어졌다. 역사 속에서도 12세기 이슬람 군주였던 살라흐 앗 딘이 눈 속에 묻어놓은 차가운 과일을 리처드 1세에게 선물로 주었다는 일화는 유명하다.[5] 디오 브란도의 기화냉동법 도 이런원리이보.
사실 얼음에도 다양한 종류가 존재하는데, 낮은 온도에 의해 얼어서 생성되는 것뿐만이 아니라 높은 압력에 의해 생성될 수도 있다. 예를 들어 깊이가 수백 km 이상이나 되는 행성의 바다에서는[6] 수압에 의해 물이 고체 상태가 된다.[7] 근래 천문학계에서 이슈가 되고 있는 외계 지구형 행성탐사에서 발견된 '바다 행성'에 이러한 얼음 동소체가 존재할 수 있다고 추측하고 있다. 참고로 일반적인 액체는 압력을 가하면 고체가 되지만, 일상에서 볼 수 있는 얼음은 수소 결합으로 인한 육각형 구조 때문에 오히려 압력을 가하면 액체인 물이 된다. 초등학교 과학탐구 활동으로 몇몇은 해 봤을, 철사에 추를 매달아서 얼음을 자르는 과제가 바로 이 원리다.[8]
우주 공간에서는 온도가 매우 낮아 물의 대부분은 얼음 형태로 존재하고 있는데, 가장 대표적인 것이 혜성과 달, 명왕성이다. 달의 표면에 존재하는 물은 모두 얼음 상태이며, 혜성의 꼬리는 얼음이 녹으면서 생기는 것이다. 이와는 별도로 아에 엔셀라두스나 유로파처럼 위성 전체가 얼음으로 뒤덮인 경우도 있으며, 그 밖의 많은 위성들과 소행성, 왜행성에서도 얼음을 쉽게 발견할 수 있다.
액체 상태의 물에 1만-10만 기압의 압력을 가해서 분자 간 거리를 압축하면 고체 상태로 전환된다. 이제까지 다양한 온도와 압력의 조합에 의해 10가지 종류의 서로 다른 물의 고체상이 발견되었는데, 우리에게 익숙한 것은 얼음-I, 그리고 고온, 고압에서는 얼음-VlI과 얼음-X 등이 생성되는 것으로 알려져 있다. 자세한 사항은 위키백과의 얼음 항목과 물의 상평형도를 참고하기 바란다.
사람들의 상식과는 다르게, 뜨거운 물이 차가운 물보다 더 빨리 얼어버리는 경우가 있다. 이에 대해서는 음펨바 효과 문서를 참고할 것.
얼음의 겉표면이 어째서 미끄러운지에 대해서 지금까지는 단순히 압력이나 마찰력을 들어 설명해 왔었는데 이는 압력이나 마찰력이 낮은 온도인 얼음을 그렇게 쉽게 녹이지 못한다는 것과 바닥에 물을 뿌려도 얼음만큼 미끄럽지는 않다는 등의 반박이 있었다. 최근에는 이것이 그렇게 간단한 문제가 아니며 물 본연의 독특한 성질일 수도 있다는 주장도 제기되고 있다. 간단하게 설명하자면, 얼음의 겉 표면에는 고체구조를 형성하지 못한 얇은 물 분자층이 있고, 이 굉장히 얇은 물층이 미세한 얼음 입자들과 섞이면서 기름과도 같은 윤활 역할을 한다는 것이다. #관련영상(영어) 사물궁이 잡학지식의 관련영상
3. 역사적 정보
냉장기술이 발달하기 전에는 일반인들은 겨울철에나 볼수있었고, 그 이외 계절에는 매우 귀하게 여겨지던 것이기도 하다. 삼국시대 때부터 빙고전처럼 얼음을 따로 관리하는 관아가 있을 정도였다. 현대에서는 냉장 냉동기술로 아주 흔하게 여겨지는 것이나 불과 몇 백년 전만 해도 고가에 거래되던 귀한 재물이었다.
대한민국에서는 역사적으로 겨울에 만든 얼음을 석빙고에 저장해 일 년 내내 사용했는데, 왕실의 제사에 쓰이거나, 왕실과 고급 관리들의 음식이나 고기 등의 저장, 의료용, 또는 식용으로 사용했다. 겨울이 아닌 계절의 얼음은 워낙이 귀했기 때문에 경국대전에 엄격히 규정할 만큼 얼음 배급은 중요한 국가 행사였다. 기록에 의하면 얼음을 채취하여 저장하는 일은 신라 때부터 있었다고 하는데, 삼국유사에 의하면 제3대 유리 이사금 때 얼음 창고를 만들었으며 삼국사기에서는 지증왕 11년(505) 때 얼음 창고를 만든 기록이 확인된다. 그리고 이 일을 맡아보는 관청은 빙고전(氷庫典)이라 하였다. 조선시대에는 겨울에 서빙고나 동빙고 등의 얼음창고에 보관해서 여름날 더울때 꺼내먹기도 했고, 산 위에 아직 눈이 남아있는 가을~봄 같은 계절에는[9] 산 같은 곳에서 캐오기도 했다. 얼음만 전문적으로 파는 얼음장수도 있었다. 이러한 얼음의 희귀성을 활용해 얼음을 훔치거나 지키는 등의 역사극도 나오기도 한다. 영화 바람과 함께 사라지다와 무한도전의 무도: 폭염의 시대 등.
얼음을 군사 무기로 활용하고자 한 역사가 존재하는데, 2차대전 당시 영국에서는 얼음으로 항공모함을 만들어 띄운다는 비범한 발상을 한 적도 있다. 이는 당대의 시대적 배경 때문이었는데, 2차대전 당시 독일이 유보트를 동원하여 해상봉쇄 작전을 펴자 섬나라인 영국으로써는 해외무역이 차단되어 피말리는 상황이 이어지고 있었기 때문이다. 이러한 잠수함 공격을 효과적으로 대비할 수 있는 방법은 항공기로 해상을 감시할 수 있는 항모를 건조하는 것이었으나 얄궂게도 유보트 때문에 각종 물자가 부족해 제대로 된 항모를 만들 자원이 부족했기 때문에 그냥 물만 있으면 만들 수 있는 얼음으로 항공모함을 만들어서 띄운다는 비범한 계획을 한 것. 다만 이론은 참 좋았는데 정작 실제로 테스트해보니 문제가 빈발한데다 결과적으로 미국이 무기대여법으로 군사적 지원을 퍼준 탓에 프로젝트를 진행할 필요성이 사라져 프로젝트는 폐기되었다.
4. 일상에서
각종 음료 제품들이 케이스의 크기만큼 음료를 100% 꽉 채워서 넣어주지 않는 것도 바로 상술한 응고 현상을 통해 케이스에 손상이 생기는 것을 방지하기 위해서이다, 실제로 약용 음료가 아닌 이상 대부분의 음료는 일반적으로 차게 먹기 때문에 보존 과정에서 얼어버릴 수가 있다. 심지어는 일부러 얼려먹기도 하니...
다른 물질과는 달리 얼음이 될 때 부피가 늘어나 밀도가 줄어들기 때문에 얼음은 물에 뜰 수 있다. 사실 이 특징이 수중 생태계에 굉장히 중요한 역할을 하게 된다. 물이 위에서부터 얼게 되어 생긴 두꺼운 얼음층이 얼음 위와 밑 사이의 단열재가 되기 때문에 얼음 밑의 물의 온도가 유지되어 얼음 밑의 수중 생물들이 생활할 수 있게 되는 것. 이런 성질을 갖는 다른 물질은 갈륨, 비스무트가 있다.
현재는 냉장고에서 쉽게 얼음을 얼려서 사용할 수 있지만, 찬 음식을 취급하는 식당이나 편의점 얼음컵 제조, 빙수 제조, 수산물 같은 식재료 보존 등의 용도로 많은 양의 얼음이 필요한 경우를 위해 제빙공장에서 대량생산하기도 한다. 당연하겠지만 무더운 한여름철에는 얼음 수요 때문에 제빙공장의 작업량이 폭증하기도 한다.
영하 30도 정도의 얼음은 치아와 강도가 같고,[10] 영하 40도 이하의 얼음은 자수정과 강도가 같다. 빙과를 함부로 베어 물지 말라는 이유가 이것.
살짝 언 얼음은 살얼음(薄氷)[11]으로 불리며, 이 땐 단단하지 않아 사각사각 씹히고 금방 녹는다. 살얼음의 경우 보통 무척 얇은 층이 여러개 겹쳐있는 뾰족뾰족한 결정 모양으로 꼭 운모를 연상시킨다. 살얼음의 경우 슬러시나 냉면 육수, 얼음맥주 등에서 쉽게 볼 수 있다. 한편 겉면부터 바닥까지 두껍게 꽝꽝 언 얼음판과 달리 살얼음판은 내구도가 취약하고 그 구조가 얇은 층이 겹쳐진 식으로 이루어져있기에, 조금만 잘못해도 쉽게 부서질 수 있다. 괜히 '살얼음판' 이란 표현이 있는게 아니며 겨울철에 얼음이 얕게 언 호수 표면같은 곳에 함부로 올라가지 말라고 하는게 아니다.
겉보기에 깨끗해 보이지만, 상당히 위험한 식품이다. 얼음을 만든 물이 세균이나 독성 물질에 오염되어 있을 때에는 멀쩡한 음식을 오염시키는 세균폭탄 역할을 하는 것. 대장균이나 이질, 콜레라균 같은 물을 통해 퍼지는 병원균은 똑같이 얼음을 통해서도 전해지므로[12], 위생 상태가 좋지 않은 지역을 여행할 때에는 얼음이 든 음식을 먹을 때는 매우 주의해야 한다. 아니 , 얼음이나 그게 들어가고 올라가는 찬 음식은 끓이거나 익히면 의미가 없기 때문에 시중 냉면집만 해도 저항력이 약한 사람에게는 위험할 수가 있다.
얼음 중 투명한 얼음이 있고 중앙 부분이 허옇게 불투명한 얼음이 있다. 이런 얼음 중앙부분에 있는 건 기체가 뭉친거므로 딱히 해로운건 아니다. 그냥 물을 천천히 얼린 후 흰 부분을 잘라내서 버리면 투명한 얼음을 얻을 수 있다. 다만 몇몇 얼음 생성하는 기기들은 가운데에 구멍을 뚫어놓은 채로 얼음을 만들어주니 불투명한 부분이 없다. 가운데에 구멍이 뚫린 얼음이 많이 보이는 이유는, 기계를 통해 간단한 구조로(움직이는 부분을 안 만들고) 얼음을 만들 수 있기 때문이다. 얼음의 모양이랑 기계랑 무슨 상관이냐면, 이 동영상을 참조하자.
같은 온도 조건 하에서 투명한 얼음과 불투명한 얼음의 녹는 속도 차이는 거의 없다고 해도 무방하다. 불투명한 얼음은 내부 기포 때문에 표면적이 넓어져서 더 빨리 녹는다느니, 투명한 얼음은 단단하게 얼지 않아서 빨리 녹아버린다느니 하는 소리가 있지만 전부 다 헛소리니 쿨하게 무시하자. 얼음의 녹는 속도는 온도에 비례한다. -80℃ 의 온도를 유지하는 참치보관용 냉동고에서 보관하던 불투명한 얼음이 미적지근한 제빙기에서 갓 뽑아낸 투명한 얼음보다 더 오래 버틴다는 말. 투명한 얼음을 쓰는 이유는 시각적으로 예쁘기 때문이다. 칵테일 셰이킹할 때 얼음 내구도를 위해서라는 유사과학적인 이유를 대기도 하지만, 얼음의 경도는 온도에 반비례한다. 비비빅과 비슷한 팥 아이스크림인 일본의 아즈키바가 대놓고 불투명한데다 이물질(팥, 설탕, 분유 등)이 들어갔는데도 사파이어와 맞먹는 경도를 자랑하는걸 보았을 때, 얼음의 경도는 투명함에 비례하지 않는다. 다만, 불투명한 얼음을 쉐이킹에 사용하면 깨진 얼음조각도 불투명한지라 눈에 더욱 잘 띄어 많이 부서진 것처럼 보일 뿐이다. 칵테일에 신경쓰는 고급 바는 온도가 낮게 유지되는 전문 얼음 공장에서 얼음을 납품받아 얼음 전용 냉동고에 보관한다. 진짜로 쉐이킹에 신경을 쓴다면 얼음 투명도를 신경쓰기 전에 미적지근한 제빙기 얼음부터 사용을 중단하거나, 제빙기의 얼음을 다시 전용 냉동고에 한번 더 얼려서 온도를 낮추거나, 드라이쉐이킹, 롤링, 트위즐링 등 얼음이 들어가질 않아 묽어지지 않는 기술을 도입하거나, 아예 쉐이커 안에 꽉 들어차는 덩어리 얼음 한 조각을 넣어 얼음의 표면적과 움직임 자체를 최소화하는 방법 등이 있다. 단순히 얼음이 불투명하니까 내가 뭔 짓을 하든지간에 칵테일은 어차피 얼음이 불투명한 탓에 더 잘 깨져서 맛대가리가 없을거야 라며 단순히 얼음 투명도 탓만 하기에는 시도해볼만한 아이디어들이 꽤나 많다. 집이라면 얼음 크기부터 조절하고 냉동고 온도 조절기를 최대치로 내리자.
얼음이 당연히 녹아 물이 되기 때문에 얼음이 첨가된 식품은 점점 얼음이 녹아 생긴 물의 비중이 높아져서 맛이 밍밍해진다는 단점이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 나온게 '''아이스큐브'''인데 네모난 금속이나 암석을 차갑게 만들어서 얼음 대신 집어넣는 것이다. 그러나 여기에도 문제가 있는데, 얼음까지 먹는 사람에게는 얼음을 못 먹는다는 큰 단점이 있고 쇠나 돌을 음료에 집어넣는다는 점 때문에 심리적인 거부감을 느끼는 사람들이 있다. 그리고 술에서는 얼음이 녹으면서 나오는 물이 술맛에도 영향을 끼친다. 시간이 지나면서 녹아내린 물이 술과 섞여서 다른 맛을 내는 것이다. 또 아이스큐브는 얼음과 달리 물에 가라앉는데, 얼음은 물에 뜨기 때문에 위에서부터 녹아내린 차가운 물이 아래로 대류해 음료 전체를 차갑게 해주지만 아이스큐브는 가라앉으니 음료를 섞어주지 않으면 아래쪽만 점점 더 차가워진다는 문제가 있다. 이런 점 때문에 냉각에 시간이 오래 걸린다는 점은 물론이고, 얼음과는 달리 녹지 않는다는 점 때문에 일정 온도 이상이 되면 큐브의 중심에 냉기가 남아있어도 냉기가 사라진 겉표면으로 인해 계속 열손실이 일어나 냉각능력도 그다지 높지 않다. 그래서 미지근한 물에 아이스 큐브를 아무리 넣어도 진짜 얼음을 넣은것 처럼 뼛속까지 시리는 시원한 물은 만들기 어렵다. 여러모로 냉각제로 쓰기 보다는 이미 시원한 물에 넣어 보온용으로 쓰거나, 얼음찜질 대용으로 쓰는 편.
얼음은 대체로 동일한 부피의 물보다 더 비싸다. 그런데 커피 같이 얼음 있는 버전과 없는 버전을 동시에 판매하면서도 둘의 가격이 비슷한 커피 전문점들이 많은데, 이는 이런 '아이스 커피'에 들어가는 얼음의 부피만큼 컵 속으로 음료가 덜 들어가기 때문이다.
상술했듯 음료를 내올때 얼음을 내올 생각이라면 얼음의 부피를 고려해서 담아야 한다. 즉 통상적인 컵 한잔에 음료를 가득 담지 말고 평소보다 다소 부족하게 담은 뒤 얼음을 양껏 투하하면 끝. 얼음이나 음료의 양을 잘못 계산하면 음료가 지나치게 싱거워질 수 있다.
사실 그냥 얼음을 먼저 넣고 음료를 부으면 된다(...)
얼음은 충분히 두터우면 흉기로 쓸 수도 있다. 이 점을 노려 몇몇 추리소설에선 둔기로 살해당한 피해자가 있지만 정작 흉기는 어디에도 보이지 않아 수사에 난항을 겪었는데 알고보니 얼음으로 살해한 것이라는 내용이 담긴 스토리가 제법 있다. 케네디 대통령이 얼음 총탄으로 암살당해서 총알이 보이지 않았다는 음모론도 존재한다. 당연히 그저 음모론. 미스버스터 실험에서는 얼음 탄환이 발사 시 발생하는 열기로 녹아버린다. 실제로도 고의는 아니겠지만 고드름은 적당히 단단하기만 하면 높은 곳에서 떨어지면 사람에게 충분히 해를 입힐 수 있다.[13]
콜라나 사이다 등 탄산음료에 얼음을 넣어서 마시고 싶다면 얼음컵에 바로 넣지 말고 물을 넣자. 얼음에서 딱딱소리가 나면 물을 버리고 음료를 넣으면 거품이 생기지 않고 충분히 넣을 수 있다.
여담으로 얼음은 콜라나 사이다보다 물에서 훨씬 빨리 녹는다. 약간 위험한 방송에서도 실험한 바 있는 현상으로, 기체인 탄산이 섞여있는 음료와 달리, 순수 액체인 물이 확실히 열을 더 잘 전달하기 때문. 같은 이유로 동일한 온도라면 공기 중에서보다 물 속에 얼음을 넣었을 때 더 빨리 녹는다. 뜨거운 냄비를 공기 중에서 식힐 때보다 물 속에 넣었을 때 더 빨리 식는 것처럼, 열 전달도 동일하게 액체가 더 잘 한다고 보면 된다. [14]
편의점에서는 컵 형태로 판매한다. 얼음컵 참조.
중국에서는 뜬금없게도 '''얼음을 먹는 동영상'''이 유행이라고 한다.[15] 웬만한 유명 먹방이나 ASMR급 인기라고...
[1] 참고로, 명사형 전성어미 '-음'을 붙이면 '얼음'이 되지 않고 어간 '얼-'의 'ㄹ'로 인해 어미의 '으'가 탈락하여 '얾'이 된다. ex) 얼음이 얾을 알 수 있다.[2] 다만, 인공적으로 만든 얼음은 인공 보석과 마찬가지로 광물로 취급하지 않는다.[3] 3차원적 육각형 모양의 결정 구조는 칼코겐화수소의 공통 사항. 황화수소, 셀렌화수소, 텔루르화수소, 폴로늄화수소에서도 찾아볼 수 있다.[4] 또한 지구에서도 압력이 높은 중심부에서는 다른 결정꼴의 얼음들이 발견된다.[5] 영화 킹덤 오브 헤븐에서 살라딘이 잡혀온 기 드 뤼지냥에게 얼음셔벳을 건네는 장면이 있다.[6] 지구에는 이렇게 깊은 바다는 없다. 가장 깊은 마리아나 해구도 약 10 km에 그친다.[7] 이론상으로 상온에서 약 1만 기압, 즉 깊이가 약 100 km 정도 되는 바다에 도달하면 물이 동소체인 얼음 VI으로 얼어붙는다.[8] 얼음이 충분히 크다면(대략 전자레인지나 베개만한 정도) 철사가 얼음을 전부 지나가기 전에 절단 부위가 다시 얼어서 얼음을 자르지 않고 철사를 통과시킬 수 있다.[9] 만년설이 있는 지역의 경우 그 산에서 캤다.[10] 강도 5 이상.[11] 한자어대로 읽으면 '박빙'.[12] 설령 병원균이 죽더라도, 살아있는 동안 병원균이 만들어낸 독성 물질은 그대로 남는다.[13] 러시아에서 겨울에 처마밑에 있지 말라고 하는 이유다.[14] 탄산음료 뿐만 아니라 어떤 음료수와 비교해도 물에서 가장 빨리 녹는다고 한다. 과학 넌센스 퀴즈로 상온에서 공기중에 노출된 얼음과 솜에 싸둔 얼음 중 어느 쪽이 빨리 녹느냐는 것도 있는데 노출된 얼음이 더 빨리 녹는다. 솜이 공기의 열기를 차단하기 때문.[15] 특히 속이 얼지 않게 물이 차도록 겉만 적당한 두께로 언 얼음. 왜이리 조건이 많은가 하면, 속에 물이 차도록 얼음을 얼려야 하는데, 너무 얇게 얼리면 파스러져 버리고, 너무 두껍게 얼리면 이빨로 깰 수가 없다.