각얼음은 액체보다 밀도가 낮기 때문에 물에 뜹니다. 그러나 새로 발견된 유형의 얼음은 물잔에 있는 것과 거의 같은 밀도를 가지고 있다고 연구원들은 2월 3일 사이언스에 보고했습니다. 이 얼음을 즉시 녹지 않고 컵에 담을 수 있다면 뜨지도 가라앉지도 않고 빙글빙글 돌게 될 것입니다.
새로운 얼음은 비정질 얼음이라는 특수한 유형입니다. 그것은 그 안의 물 분자가 정상적인 결정질 얼음처럼 깔끔한 패턴으로 배열되어 있지 않다는 것을 의미합니다. 다른 유형의 무정형 얼음은 이미 알려져 있지만 표준 조건에서 물의 밀도보다 낮거나 높은 밀도를 가집니다. 일부 과학자들은 새로 만들어진 이 비정질 얼음이 물 주위를 소용돌이치는 과학적 미스터리를 푸는 데 도움이 될 수 있기를 바랍니다.
새로운 얼음을 생성하기 위해 과학자들은 놀랍도록 간단한 기술을 사용했습니다. 볼 밀링이라고 하는 이 작업은 77켈빈(섭씨 -200°에 가까운 온도)으로 냉각된 얼음과 스테인리스 스틸 볼이 담긴 용기를 흔드는 작업을 포함합니다. 연구원들은 호기심에 동기를 부여받았습니다. 그들은 새로운 무정형 얼음을 생성하는 기술을 기대하지 않았습니다. 유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 물리화학자 크리스토프 잘츠만(Christoph Salzmann)은 “금요일 오후에 무슨 일이 일어나는지 보기 위해 일종의 금요일 오후 아이디어를 냈습니다.
서리가 내린 물질에서 X-선이 어떻게 산란되었는지에 대한 분석은 비정형 얼음을 생성했음을 시사했습니다. 그리고 볼 밀링의 효과를 모방한 컴퓨터 시뮬레이션은 볼이 가하는 힘에 반응하여 무작위 방향으로 서로 미끄러지는 얼음 층에 의해 무질서한 구조가 생성될 수 있음을 밝혔습니다.
연구에 참여하지 않은 스톡홀름 대학의 화학물리학자 앤더스 닐슨(Anders Nilsson)은 “과학자로서 예상치 못한 일에 대해 열려 있어야 합니다. 볼 밀링 기술은 “매우 혁신적이었습니다.”라고 그는 말합니다.
재료는 일반 얼음을 으깨서 만들었기 때문에 액체 상태의 물과의 관계는 알 수 없습니다. 액체 상태의 물을 냉각시켜 직접 생산할 수 있는지는 확실하지 않습니다. 모든 무정형 얼음이 액체 상태와 이러한 연결을 공유하는 것은 아닙니다.
새로운 얼음이 액체와 연결되어 있다면 얼음은 과학자들이 물의 특성을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 물은 액체에 대한 규범을 무시하기 때문에 당혹스럽습니다. 예를 들어, 대부분의 액체는 냉각 시 밀도가 높아지지만 물은 4°C에 가까워질수록 밀도가 높아지지만 더 냉각될수록 밀도가 낮아집니다.
많은 과학자들은 물의 이상함이 과냉각 액체로서의 행동과 관련이 있다고 의심합니다. 순수한 물은 빙점보다 훨씬 낮은 온도에서 액체 상태를 유지할 수 있습니다. 이러한 조건에서 액체 상태의 물은 고밀도 액체와 저밀도 액체의 두 가지 다른 상태로 존재하는 것으로 생각되며 이중 특성은 보다 일반적인 조건에서 물의 거동을 설명할 수 있습니다. 그러나 그 아이디어에 대해 많은 부분이 불확실합니다.
Salzmann과 동료들은 새로운 얼음이 유리라고 불리는 특별한 형태의 물일 수 있다고 제안합니다. 유리는 분자가 결정 구조로 재배열될 수 없을 정도로 액체를 빠르게 냉각하여 만들 수 있습니다. 창유리의 유리는 녹은 실리카 모래를 냉각하여 만든 이러한 종류의 재료의 예이지만 다른 물질도 유리를 형성할 수 있습니다.
새로운 얼음이 유리 상태의 물이라면 과학자들은 그것이 이중 액체 그림에 어떻게 부합하는지 알아내야 할 것입니다. 그리고 그것은 과학자들이 연구하기 어려운 과냉각 조건에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 알아내는 데 도움이 될 수 있습니다.
그러나 일부 연구자들은 새로운 물질이 액체 물의 이상한 물리학과 관련이 있는지 회의적입니다. 오스트리아 인스브루크 대학의 물리화학자 토마스 로어팅은 얼음이 액체 형태의 물이 아니라 “매우 작고 일그러진 얼음 결정과 밀접한 관련이 있다”고 생각합니다.
그러나 이전의 컴퓨터 시뮬레이션은 물이 액체 상태의 물에 가까운 밀도 범위의 유리를 형성할 수 있다고 제안했다고 뉴욕 시립 대학교 브루클린 대학의 계산 물리학자 Nicolas Giovambattista는 말합니다. 이러한 시뮬레이션은 볼 밀링 얼음의 컴퓨터 시뮬레이션에서 볼 수 있는 것과 유사한 구조를 생성했다고 새로운 연구에 참여하지 않은 Giovambattista는 말합니다. “새로운 질문의 문을 열어줍니다. 새롭네요, 그래서 뭡니까?”
