같은 냉각 조건에서 뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 얼음이 되는 '음펨바 현상'(Mpemba Effect)의 비밀이 50년만에 풀렸다.
3일 타임지 등 주요 외신에 따르면 지난달 24일 싱가폴 남양이공대학 쑨장칭, 시장 교수 연구팀은 음펨바 현상의 원인을 수소결합과 공유결합의 상관관계에서 찾은 연구결과를 발표했다.
각각의 물 분자(H2O)들은 포함된 산소와 수소 원자 사이에서 수소결합이 발생한다. 남양이공대 연구팀은 이 수소결합이 문 분자의 에너지 축적과 방출에도 관여한다는 사실을 입증했다.
연구팀은 물 분자 사이 수소결합으로 인해 하나의 물 분자를 이루고 있는 각각의 수소 원자, 산소 원자의 공유결합은 분자들을 가까이 붙일 때 길어지며 에너지를 축적한다는 사실을 밝혀냈다. 이후 물을 끓이면 물 분자 사이 간격이 벌려지면서 수소결합 역시 길어진다.
이렇게 끓인 물을 냉각할 때는 공유결합 길이가 다시 줄어들면서 축적했던 에너지를 방출하게 된다. 뜨거운 물은 축적된 에너지 양이 많아 냉각시 더 빠른 속도로 에너지를 방출하게 되는 것이다.
연구팀은 각각의 물 초기 온도를 다르게 한 뒤 냉각시 에너지 방출량을 측정하는 방식으로 음펨바 효과를 입증했다. 쑨장칭 교수는 "물이 에너지를 방출하는 과정과 그 (에너지방출)비율은 본질적으로 각각의 물이 지닌 초기 에너지 상태(온도에 따른 분자 간격)에 따라 달라진다"고 설명했다.
음펨바 현상은 국제연합식량농업기구(FAO) 직원인 탄자니아인 에라스토 음펨바가 중학교 3학년이던 1963년 발견한 현상이다. 음펨바는 아이스크림 조리 수업 중 제대로 식히지 않은 우유·설탕 혼합물을 냉장고에 넣은 뒤 식히고 얼린 친구들의 혼합물보다 빨리 어는 것을 발견했다.
1년 뒤 고등학교에 진학한 음펨바는 물리학자 데니스 오스본 박사의 특강 때 "같은 부피의 물을 냉동실에 넣었을 때 100도의 물이 35도의 물보다 빨리 어는 이유가 무엇이냐"는 질문을 던지고 학교 친구들의 놀림감이 됐으나 오스본 박사의 실험 결과 음펨바의 말이 사실로 밝혀졌다.
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이후 오스본 박사는 음펨바와 함께 1969년 연구결과를 정리해 출판했다. 이후 수많은 과학자들이 원인을 밝혀내려 했으나 검증 받지 못했다. 지난 6월 영국왕립화학회는 음펨바 현상의 기작을 밝혀내는 이에게 1000파운드(약 180만원)의 상금을 주겠다고 발표한 바 있다.
