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첨단기술정보

과냉각수의 거동을 관찰할 수 있게 되었다

전문가 제언: 물은 273.15K(0°C)에서 얼지만, 물이 매우 순수하고 얼음 결정을 생성할 수 있는 핵이 없는 경우에는 표준 압력에서 매우 낮은 온도까지 과냉각할 수 있다. 물은 여러 특이한 성질(예; 밀도가 4℃에서 가장 커서 얼음이 물에 뜸)을 가지고 있기 때문에 물의 임계점이 둘일 수 있다는 제안이 약 20년 전에 제기되었었다.

최근 A. Nilsson 등은 고속 X-선 촬영에 의하여 균질핵생성온도 이하까지 관찰한 보고를 네이처지에 발표하였는데, 이 발표는 두 개의 임계점을 비롯한 과냉각된 물의 거동에 대한 관심을 재점화하였다. 이 글은 발표 내용을 소개하면서 그 성과와 영향을 평가한 것이다.

임계점(기체와 액체를 구별할 수 없이 공존하는 점)은 압축률 및 비열 같은 여러 열역학 성질이 빗나가는 상공간(phase space)의 위치이다. 상상하는 것처럼 제2의 액체-액체 임계점보다 낮은 온도가 있다면 밀도가 다르고 구조가 어느 정도 다른 두 액체 중의 하나가 존재할 것이다. 불행히도 이 상상의 제2 임계점은 물이 즉시 결정화되어 버리는, 그래서 직접 실험해 보는 것이 지극히 어려운 열역학적 구역에 위치한다. 그러므로 소위 사람이 갈 수 없는 곳이라고 칭하게 되었다.