안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
부동액이 냉각수가 어는 것을 막는 과학적 원리는 용액의 어는점 내림 현상과 물 분자의 결정 구조 형성을 방해하기 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요,
순수한 물은 0도에서 응고하여 얼음이 되지만 물에 다른 물질이 섞여 있으면, 물 분자의 자유로운 이동이 제한되고 액체 상태가 더 안정화되면서 어는점이 0도보다 훨씬 낮아집니다. 이 현상을 묽은 용액의 총의적 특성 중에 어는점 내림 현상이라고 합니다. 즉, 물에 녹아 있는 부동액 성분의 입자가 많아질수록 물이 어느 온도는 점점 더 낮아집니다.
물이 얼어 얼음이 될 때, 물 분자들은 강한 수소 결합을 통해 규칙적인 육각형 결정 격자 구조를 형성하는데, 부동액의 주성분인 에틸렌글리콜이나 프로필렌글리콜은 분자 구조 내에 히드록시기를 가지고 있어 물 분자와 매우 잘 결합합니다. 에틸렌글리콜 분자가 물 분자 사이사이에 침투하여 물 분자끼리 단단히 뭉쳐 얼음 결정 격자를 만드는 것을 방해하여 물 분자가 정렬하여 결정화되려면 단순한 0도 보다 훨씬 더 낮은 온도가 필요하게 됩니다.
그리고 물이 얼음으로 변할 때는 결정 구조 때문에 부피가 약 9% 증가하여 엔진 블록이나 라디에이터 파이프를 파열시키는데, 부동액은 어는점을 낮춰 결빙 자체를 막을 뿐만 아니라, 설령 매우 낮은 온도에서 얼기 시작하더라도 단단한 얼음 대신 묽은 슬러시 형태로 변하게 만들어 부피 팽창으로 인한 엔진 파손을 방지합니다.