눈 오는 날 제설 작업을 위해 왜 염화칼슘을 뿌릴까? (1편)

< 눈 오는 날 제설 작업을 위해 왜 염화칼슘을 뿌릴까? > 1/2

눈이 많이 오는날 대표적인 제설작업용 약품인 염화 칼슘을 뿌리는 이유는 무엇일까? 2편에 걸쳐 알아보도록 하자.

위의 이유를 설명하기에 앞서서 먼저 물질의 상평형(Phase Diagram)과 상평형내의 삼중점(Tripple Point)에 대해서 알아야 한다.

물질의 상평형이란 쉽게 말하면 물질이 온도와 압력에 따라 기체(Gas)/액체(Liquid)/고체(Solid)의 상태가 되는지를 나타내는 그래프이다. (그림1)

흔히들 물질에 온도를 높이면 기체가 되고, 온도를 다소 낮추면 액체가 되며, 온도를 더 낮추게 되면 고체(얼음 같은것)이 된다라고 상식적으로 알고 있는데 이는 현재 우리가 생활하고 있는 대기 상태의 기압이 1기압이라는 불변 상태의 경우에 해당된다.

그런데 상평형도를 보면 알겠지만 기압(압력)이 아닌 온도를 고정시키고 압력을 낮추면 기체가 되고, 압력을 올리면 액체가 되며, 압력을 더욱더 올리면 고체가 되는 것을 알수가 있다.

거의 대부분의 물질의 상평형도는 그림1과 같은 형태가 일반적이다. 하지만 물의 상평형도는 그림1과 살짝 다른 형태를 가진다. (그림2)

그림1(일반적인 물질의 상평형)의 D선과 그림2(물의 상평형)의 융해곡선을 보자. 그림1의 D선을 보면 기울기가 양의 기울기를 가지는 반면에 그림2의 융해곡선은 음의 기울기를 가지고 있다는 것을 알수 있다.

따라서 

그림1의 경우 : 아주 낮은 온도에서 압력을 증가시키면 기체 → 액체 → 고체라는 상변이를 가지고 오나
그림2의 경우 : 아주 낮은 온도에서 압력을 증가시키면 기체 → 고체 → 기체라는 상변이를 가지고 온다.

물의 이와 같은 특징은 물만이 가지고 있는 독특한 수소결함(Hydrogen Bonding)에서 기인하는 바가 매우 크다. (상세한 이야기는 다음기회에 하도록 하겠다.)

물의 독특한 상평형도로 인해 나타나는 현상중 하나가 추운 겨울날 물고기가 노닐고 있는 연못이 얼때 연못 바닥부터 얼지 않고 연못 위부터 어는 특성도 그러하다. 물의 독특한 상평형도로 인해서 섭씨 4도씨 물이 가장 무거워져 밑으로 가라앉아 위부터 어는 현상이 발생되고 그 결과 연못 안은 꽁꽁 얼지 않아 물고기가 살수 있게 된다. ( 이것도 다음기회에 하도록 하겠다.)

물의 독특한 상평형도 인해 나타나는 현상중 다른 하나가 눈이 오는날 수많은 자동차들인 눈을 밟고 지나가면 녹는다는 현상이다. 이는 그림2의 물의 상평형도를 보면 잘 알겠지만 추운 겨울날(낮은 온도)에 눈이 쌓이게 되고 자동차가 눈을 밟으면 눈에 대한 압력이 증가하기 때문에 고체가 액체가 되는 현상이다. 

따라서 추운겨울에 눈이 쌓인 도로에 온도가 변하지 않았고 자동차가 눈을 밟고 지나갔음에도 질척 질척 거리는 것이 다 물의 고유한 상평형 특성 때문이다.

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