뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 어는 사실 아시나요? [지식용어]

[시선뉴스 박진아] 지난 3월 22일은 세계 ‘물의 날’ 이었습니다. 갈수록 심각해지는 물 부족과 수질 오염을 막고 물을 소중함을 전 세계적으로 알리기 위해 UN이 제정한 기념일입니다. 우리의 삶과 떼려야 뗄 수 없이 중요한 물, 한 가지 신기한 효과에 대해서 알려드리려고 합니다.

Q. 뜨거운 물과 차가운 물, 어떤 물이 더 빨리 얼까요?

정답부터 말하자면 뜨거운 물이 더 빨리 업니다. 이 이야기를 알기 위해서는 1963년으로 거슬러 올라가야 합니다. 1963년 탄자니아의 중학생 ‘에라스토 음펨바(Erasto B. Mpemba)’는 학교 조리수업 중 아이스크림을 만들다 이상한 현상을 발견하게 됩니다.

식히지 않고 얼린 혼합물이, 식히고 난 후 얼린 혼합물보다 빨리 어는 것을 보게 된 것이죠. 즉, 같은 냉각 조건에서 높은 온도의 물이 낮은 온도의 물보다 빨리 어는 현상을 ‘음펨바 효과’라고 하고, 35℃ 물과 5℃ 물로 실험하였을 때 비교효과가 극대화 됩니다.

음펨바는 물리학자인 데니스 오스본에게 이유를 물었지만, 정확한 이유를 알 수 없었던 오스본은 음펨바와 함께 이유를 알아내기 위해 연구를 시작했습니다.

아쉽게도 음펨바 효과는 최근까지도 원리가 밝혀지지 않았으며, 영국왕립화학회는 2012년 음펨바 현상의 기작 규명에 1000파운드의 상금을 걸었고, 결국 2013년 싱가포르 남양이공대학 연구팀이 그 원인을 밝혀냈습니다.

물 분자들을 가까이 붙이면 분자끼리 수소결합(hydrogen bond)으로 인해 서로 끌어당기는데 이때 수소와 산소 원자 사이의 공유결합(covalent bond)이 길어지며 에너지를 축적하게 된다. 이 물을 끓이면 수소결합(Hydrogen bond)이 길어지면서 물의 밀도가 줄어들게 되는데 이때 공유결합(covalent bond)이 다시 줄어들며 축적했던 에너지를 방출합니다.

즉, 많은 에너지를 축적한 뜨거운 물이 냉각 시 더 빠르게 에너지를 방출하기 때문에 빨리 어는 겁니다. 연구팀은 각각 온도가 다른 물을 얼리면서 에너지 방출량을 측정해 이 이론을 입증했습니다.

당연할 것이라고 생각되는 일이 사실, 당연하지 않을 수도 있다는 사실. 음펨바 효과가 알려주는 교훈인 것 같습니다.

지식교양 전문채널 – 시선뉴스
www.sisunnews.co.kr