아주 차가워진 생수병은 왜 툭 치면 순식간에 얼까?

물은 0 °C 보다 차가워져도 얼음이 될 실마리가 없으면 액체로 남을 수 있는데, 이를 과냉각이라 하며 미국 기상청은 대기 속 물이 0 °C 아래에서도 액체로 남는다고 설명합니다.

NASA 의 비행기 착빙 안내에 따르면 과냉각 물은 이론상 약 −40 °C 까지 버틸 수 있지만 공기 속 불순물 때문에 실제 한계는 약 −20 °C 이고, 더 차가우면 물방울이 부딪히는 순간 얼어붙습니다.

시뮬레이터에서 −8 °C 과냉각 물 0.5 kg 을 «툭» 치면 온도가 곧장 0 °C 로 뛰고 물의 약 10 % 가 얼음이 됩니다 — 얼며 내놓은 숨은열(1 g 에 약 333 J)이 나머지 물을 −8 °C 에서 0 °C 로 데우는 데 다 쓰이기 때문입니다.

그래서 병 속에는 단단한 덩어리 대신 얼음 알갱이가 섞인 살얼음이 순식간에 퍼지고, 처음 온도를 −4 °C 로 바꾸면 순간에 생기는 얼음은 약 5 % 로 줄어듭니다.