콜라나 사이다 같은 탄산음료를 냉동실에 오랫동안 넣어두면 터지는 이유

Question

더운 여름철에 탄산음료를 시원하게 마시려고 냉동실에 넣었다가 깜빡해서 캔이 부풀어 오르거나 터져 버린적이 있는데요, 액체 상태였던 음료가 얼면서 부피가 어떻게 변하길래 단단한 캔 용기까지 밀어내고 파손시키게 되는 것인지 궁금합니다.

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

탄산음료가 냉동실에서 터지는 이유는 물이 얼면서 부피가 커지는 물리적 성질과 음료에 녹아 있던 이산화탄소가 기체로 밀려나는 현상이 동시에 작용하기 때문입니다.

일반적인 액체는 고체로 변할 때 입자가 조밀해지며 부피가 줄어들지만, 물은 반대로 수소 결합에 의해 육각형 결정 구조를 형성하며 부피가 늘어납니다. 음료의 대부분을 차지하는 수분이 얼기 시작하면 캔 내부의 공간을 빠르게 압박하게 됩니다.

물이 얼음으로 결정화될 때, 얼음 격자 구조는 이산화탄소 분자를 포획하지 않고 밖으로 밀어냅니다. 물에서 튕겨 나온 이산화탄소는 순식간에 기체 상태로 변하며 캔 상단의 좁은 빈 공간으로 모입니다. 기체화된 이산화탄소가 밀집하면서 캔 내부 기압이 평소의 수 배 이상으로 급격히 상승상승합니

얼음이 물리적으로 미는 힘과 이산화탄소 기체가 누르는 기압이 합쳐져 알루미늄 캔이나 유리병이 견딜 수 있는 인장 강도를 넘어섭니다. 이 과정에서 캔의 위아래가 둥글게 부풀어 오르다 가장 약한 접합부나 음료 따개 주변이 찢어지며 터지게 됩니다. ​유리병 음료의 경우 유리의 탄성이 알루미늄보다 떨어져 훨씬 더 위험하게 파편을 흩뿌리며 터질 수 있으므로, 빠른 냉각이 필요할 때는 냉동실 대신 얼음물에 소금을 섞어 담가두는 편이 안전하고 빠릅니다.