Why does ice float in water? - George Zaidan and Charles Morton

왜 얼음은 물에 뜰까요? - 죠지 자이단 (George Zaidan), 챨스 모튼 (Charles Morton)

번역: HeaJun An 검토: K Bang

Water is the liquid of life.

물은 생명의 액체입니다.

We drink it,

우리는 마시고, 씻고, 농사짓고

we bathe in it,

we farm,

cook,

요리를 하고, 청소합니다.

and clean with it.

It's the most abundant molecule in our bodies.

물은 우리 몸에서 찾을 수 있는 가장 흔한 분자입니다.

In fact, every life form we know of

사실, 우리가 아는 모든 생명체는 물이 없으면 살지 못합니다.

would die without it.

But most importantly, without water,

하지만 무엇보다도 물이 없다면,

we wouldn't have

우리는 아이스티를 못 먹었을 거예요.

iced tea.

Mmmm, iced tea.

음... 아이스티.

Why do these ice cubes float?

왜 얼음은 물에 뜨는 것일까요?

If these were cubes of solid argon

만약 이것이 고체 아르곤이었더라면

in a cup of liquid argon,

한 컵의 액체 아르곤 안에서는 가라앉을 거예요.

they would sink.

And the same goes for most other substances.

그리고 다른 모든 물질도 마찬가지고요.

But solid water, a.k.a. ice,

하지만 얼음이라고 불리는 고체 상태의 물은

is somehow less dense than liquid water.

신기하게도 액체 상태의 물보다 밀도가 낮습니다.

How's that possible?

어떻게 그럴 수가 있는 걸까요?

You already know that every water molecule

여러분은 모든 물 분자가

is made up of two hydrogen atoms

두 개의 수소 원자가

bonded to one oxygen atom.

한 개의 산소 원자와 결합되어 있음을 알겁니다.

Let's look at a few of the molecules

물 한 방울에 있는 몇개의 분자를 살펴볼까요?

in a drop of water,

and let's say the temperature is 25 degrees Celcius.

온도가 섭씨 25도라고 해봅시다.

The molecules are bending,

분자들은 구부러지거나, 늘어나거나, 빙빙 돌며

stretching,

spinning,

and moving through space.

공간 사이를 돌아다닙니다.

Now, let's lower the temperature,

이제, 여기서 온도를 더 낮추면

which will reduce the amount of kinetic energy

각 분자가 지니고 있는

each of these molecules has

운동에너지의 양이 줄어듭니다.

so they'll bend, stretch, spin, and move less.

그럼 분자들은 구부러지거나, 늘어나거나, 도는 운동량이 적어지겠죠.

And that means that on average,

이것은 평균 한 분자당

they'll take up less space.

차지하는 공간이 줄어든다는 의미입니다.

Now, you'd think that as the liquid water

이제 액체 상태의 물이 얼기 시작하면

starts to freeze,

the molecules would just pack together

물 분자들이 서로 더욱 가까이 붙을 거라고 생각하시겠죠.

more and more closely,

but that's not what happens.

하지만 그렇지 않아요.

Water has a special kind

물은 분자간의 특이한 상호 작용을 가지고 있는데

of interaction between molecules

that most other substances don't have,

이런 작용은 다른 물질이 가지고 있지 않은

and it's called a hydrogen bond.

수소 결합이라는 겁니다.

Now, remember that in a covalent bond

하나의 공유 결합에는

two electrons are shared,

두 전자가 공유되는데

usually unequally,

일반적으로 동등하지 않게 원자 사이에 공유됩니다.

between atoms.

In a hydrogen bond,

수소 결합에서 한 개의 수소 원자는

a hydrogen atom is shared, also unequally,

비슷한 원리로 원자사이에서 동등하지 않게 공유됩니다.

between atoms.

One hydrogen bond looks like this.

하나의 수소 결합은 이런 모습이죠.

Two look like this.

두 개는 이렇게 생겼고

Here's three

세 개는 이렇게,

and four

네 개,

and five,

다섯 개,

six,

여섯,

seven,

eight,

일곱,

여덟,

nine,

ten,

아홉,

열,

eleven,

twelve,

열하나,

열둘,

I could go on.

이렇게 계속되죠.

In a single drop of water,

물 한 방울에는

hydrogen bonds form extended networks

수소 결합이 확장된 네트워크가

between hundreds, thousands, millions,

수백, 수천, 수백만 사이

billions, trillions of molecules,

수십억, 수조의 분자 사이에 형성됩니다.

and these bonds are constantly breaking and reforming.

그리고 이러한 결합은 끊임없이 떨어졌다 다시 만들어져요.

Now, back to our water as it cools down.

이제, 물의 온도가 떨어지는 상황을 다시보시죠.

Above 4 degrees Celcius,

섭씨 4도 이상일 때

the kinetic energy of the water molecules

물 분자의 운동 에너지는

keeps their interactions with each other short.

그들의 사이의 상호 작용을 짧게 유지합니다.

Hydrogen bonds form and break

수소 결합은 고등학교 때 관계처럼

like high school relationships,

새로 만들어지고 깨지기도 합니다.

that is to say, quickly.

그러니까 빠르게요.

But below 4 degrees,

하지만 4도 아래에서

the kinetic energy of the water molecules

물 분자의 운동 에너지는

starts to fall below the energy

수소 결합의 에너지 보다 낮아지기 시작합니다.

of the hydrogen bonds.

So, hydrogen bonds form much more frequently

그래서 수소 결합은 깨지는 것 보다

than they break

훨씬 더 많이 형성됩니다.

and beautiful structures start to emerge

그리고 혼란으로부터 아름다운 구조가

from the chaos.

등장하기 시작합니다.

This is what solid water, ice,

이것은 고체 형태의 물인 얼음이

looks like on the molecular level.

분자 수준에서 어떻게 생겼는지 보여줍니다.

Notice that the ordered, hexagonal structure

정돈된 6각형 구조를 이룬 물이

is less dense than the disordered structure

정돈되지 않은 물보다 덜 조밀한 것을 보세요.

of liquid water.

And you know that if an object is less dense

그리고 아시다시피 어떠한 물질이

than the fluid it's in,

그것이 들어가 있는 액체보다 덜 조밀한 경우

it will float.

그것은 액체에 뜨게 되겠죠.

So, ice floats on water,

그래서 얼음이 물에 뜹니다.

so what?

그래서 그게 무슨 상관이죠?

Well, let's consider a world without floating ice.

떠 있는 얼음이 없는 세상을 생각해 봅시다.

The coldest part of the ocean

바다의 가장 찬 부분은

would be the pitch-black ocean floor,

새까만 바다 바닥이 될 것입니다.

once frozen, always frozen.

한번 냉동되면 영원히 냉동되어 있는 거죠.

Forget lobster rolls

랍스터 롤은 잊으세요.

since crustaceans would lose their habitats,

갑각류들은 서식지를 잃을테니까요.

or sushi since kelp forests wouldn't grow.

또 초밥도 잊죠, 다시마도 자라지 않을테니까요.

What would Canadian kids do in winter

캐나다 아이들은 연못 하키나 얼음낚시 없는 겨울에 뭘 할까요?

without pond hockey or ice fishing?

And forget James Cameron's Oscar

그리고 제임스 카메론의 오스카도 잊죠.

because the Titanic totally would have made it.

왜냐하면 타이타닉은 사고없이 잘 지나 갔을 것이니까요.

Say goodbye to the white polar ice caps

햇빛을 반사하는 흰색 북극 빙하도 안녕이네요.

reflecting sunlight

that would otherwise bake the planet.

그게 없었으면 지구의 온도가 상승했을 겁니다.

In fact, forget the oceans as we know them,

사실, 우리가 알고 있는대로의 바다는 있을 수 없어요.

which at over 70% of the Earth's surface area,

지구 표면적의 70% 이상의 바다가

regulate the atmosphere of the whole planet.

지구 전체의 대기를 조절합니다.

But worst of all,

하지만, 최악은

there would be no iced tea.

아이스티가 없겠죠.

Mmmmm, iced tea.

음, 아이스티.