신비한 물의 세계

2015-12-18

신비한 물의 세계

디하이드로젠 모노옥사이드 ( Dihydrogen monoxide, DHMO)라는 물질이 있다. 산성비에 다량 함유된 물질인데, 허용량 이상 섭취하면 사망에 이른다. 중독성이 얼마나 강한지 3일 이상 섭취하지 않으면 또한 사망한다. 온실효과를 일으키는 물질 중에 하나이기도 하고 화상을 일으키며 금속을 빨리 부식시킨다. 공업용매로도 사용되고 원자력발전소에서도 사용한다. 심지어 태풍이나 홍수에 주요 원인을 제공하기도 한다. 불에 타지도 않는다.
디하이드로젠 모노옥사이드를 우리말로 옮기면 일산화이수소가 된다. 산소 하나에 수소 두 개가 결합한 물질, 우리는 그걸 보통 ‘물’이라고 부른다.
오늘은 이 물에 대해 이야기를 해보자.

다양한 물의 성질


물은 여러 다양한 물질들을 잘 녹여서 용매로도 사용된다. 또 열을 한참 줘야 온도가 올라가고 또 한참 열을 빼앗아가야 온도가 내려간다. 열을 많이 품을 수 있는 거다. 이걸 물은 비열이 크다고 표현한다. 그래서 우리가 집에서 난방용 보일러에 물을 사용하거나 자동차 같은 기계의 냉각수로 사용하는 것이다. 그런데 이런 물의 여러 성질들이 모두 수소결합에 의해서 설명된다. 수소 결합을 간단하게 얘기하면, 물의 화학식이 H2O 인건 많은 사람들이 알 것이다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 달라붙어 물 분자 1개를 만드는 거다.
그런데 산소가 좀 힘이 세서 수소 둘이 가진 전자들을 자기 쪽으로 바짝 당겨놓는다. 수소 입장에선 산소랑 한 식구가 되었는데 자기가 가진 전자를 빼앗긴 느낌도 들고 살짝 아쉽기도 하고 그럴 거다. 어쨌든 전자가 모자란 듯한 이 수소는 다른 물 분자의 산소와 친해지고 싶어 하고 서로 끌어당기는 힘이 생긴다. 이게 수소결합이다. 그러니까 수소결합 때문에 물분자들끼리 아주 친밀해진 거고 그래서 갈라놓기가 힘들다.
분자들끼리 마구 흩뜨려놓아야 액체가 기체가 되는건데 수소결합 때문에 물은 한참 열을 가해야 그 사이를 흩뜨려놓을 수 있다. 그래서 다른 액체에 비해 끓는점이 높다. 비열이 크다고 한 것도 이런 이유다.

자연 현상 속 물


열을 많이 품을 수 있는데 흘러서 움직일 수 있는 게 물이다. 그래서 지구 전체로 봤을 때 그나마 골고루 열을 나눠주는 역할을 한다. 바다의 해류가 복잡하게 흐르는데, 남극이나 북극 근처의 찬 바닷물과 적도 근처의 따뜻한 바닷물이 오가며 섞이는 셈이 된다. 이때 열에너지가 함께 이동하는 거다. 이렇게 물이 열을 골고루 전달해주지 않는다면 극지방은 지금보다 훨씬 춥고 적도지방은 또 훨씬 더울 것이다. 물론 바닷물 뿐만이 아니라 공기도 지구를 순환하며 에너지를 함께 운반하는데 이때도 물이 큰 역할을 한다. 알다시피 물이 수증기가 되어 구름이 되고 다시 비와 눈이 되면서 그 역할을 하는 거다.
이런 성질 때문에 사막 같은 내륙 지방은 낮밤으로 온도차가 심하지만, 물이 넉넉한 지역은 그렇지 않다. 물이 열을 품었다가 내보냈다가 하면서 기온의 변화를 줄여주기 때문이다.

생명을 살리는 물


수소결합 덕택에 물은 유리관과 같은 구조의 안 쪽 표면을 기어오르는 능력이 있다. 이걸 모세관현상이라 한다. 몹시 가는 관의 경우는 때로는 상당한 높이까지 물이 올라간다. 바로 이 특성 때문에 식물이 양분을 흡수하여 높은 나무꼭대기까지 전달하며, 동물의 체내에 혈액이 순환할 수 있다.
그리고 우리 몸에서 일어나는 여러 물질 대사 반응에 물이 필요하고, 비열이 큰 덕분에 체온을 유지할 수 있게도 도와준다. 게다가 아까 물은 좋은 용매라고 했지 않은가. 지구에서 자연적으로 얻어지는 물질 가운데 가장 흔하면서 가장 많은 물질을 녹일 수 있는 용매가 곧 물이다. 따라서 생명 과정 중에 중요한 영양물질을 녹이고 운반하는 일을 한다. 영양물질 뿐만 아니라 노폐물도 실어 나른다. 물론 우리 인간이 청결을 유지하도록 더러운 것을 씻어주는 역할도 한다. 또한 이렇게 많은 물질들이 녹아있는 물에서 사는 생물들에겐 좋은 환경을 제공해준다.

물의 종류


이온수 자화수 알칼리수 육각수 등등 여러 종류의 광고들을 하는데..그걸 그렇게까지 따지면서 마실 이유가 없다. 그냥 깨끗한 물 마시면 되는 거다. 갈증을 느끼기 전에 조금씩 자주 마셔주면 몸이 필요한 수분 공급을 제대로 해줄 수 있을 것이다. 우리 몸은 항상성을 유지하려는 성질이 있다. 우리가 먹는 음식이 산성이나 알칼리성이냐로 인해 우리 몸의 상태가 막 변하고 그러지 않는다.
육각수라는 말도 너무 신비화되었있다. 위에서 전한대로 수소결합 때문에 물분자들끼리 모여들다 보면 6각형 고리 모양이 되는데 이건 아주 잠깐 일어나는 일이고, 얼음이 되면 6각형 모양을 이루게 된다. 그러면 가운데에 공간이 생기니까 얼음이 물보다 부피가 커지는 거다. 대부분의 물질은 액체가 더 부피가 크다. 물보다 얼음이 부피가 더 크게 되니까 물 위에 얼음이 뜬다. 겨울에 호수나 강에서 물고기가 살아남을 수 있는 이유다. 얼음이 무거우면 바닥부터 얼음이 차올라서 전체가 꽁꽁 얼거나 그전에 잡아먹히거나 그럴거다.

물의 성질을 이용한 전자기기


우리한테 제일 익숙한 건 전자레인지다. 음식 속의 물 분자를 움직이게 하는 전자기파를 쏴줘서 물분자들을 마구 흔들어 놓으면 온도가 올라가는 방식이다. 또 우리 몸에 수많은 물 분자들의 수소를 이용해 우리 몸을 관찰하는 장치도 있다. 자기장과 전자기파로 우리 몸의 수소들을 일렬로 세웠다가 다시 놓아줬다가 하면 수소들이 전자기파를 발생한다. 이걸 읽어서 우리 몸을 상세히 관찰하는 장치가 MRI다.



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