지나쳐도, 모자라서도 안 되는 ‘소금’


우리 속담에 ‘평양감사보다, 소금장수’라는 말이 있다. 소금이 얼마나 귀한 존재였길래, 그 좋다는 평양감사보다 소금장수가 더 좋다고 했을까? 모르긴 몰라도 이런 속담이 생겨난 것을 보니, 예전의 소금이 황금과 맞먹는 귀중품이었던 것만은 분명한 것 같다. 

그런데 오늘날의 소금은 어떠한가? 성인 질환을 일으키는 대표적 식품으로 꼽히면서, 그 존재가치를 잃어가고 있다. 건강을 위해 음식에는 가능한 한 소금을 적게 넣거나, 아예 넣지 말고 무염식으로 먹는 것도 괜찮다는 소리를 귀에 못이 박히도록 듣고 있다. 

어쩌다 소금의 신세가 불과 몇 백 년 만에 이렇게 나락으로 떨어졌을까? 혹시 잘못된 정보로 인해 소금이 오해를 받고 있는 것은 아닐까? 아니면 진짜로 사람에게 해로운데도, 예전에는 몰라서 그렇게 보물처럼 여겼던 것일까? 이제 소금을 둘러싼 진실과 거짓을 파헤쳐, 소금의 진짜 정체를 알아봐야겠다. 

■ 만병통치약으로 여겨졌던 소금 

인류 역사상 소금만큼 인간에게 막대한 영향을 끼친 존재도 없을 것이다. 사람은 생리적으로 소금을 먹어야만 생존이 가능하기 때문에, 소금은 인간이 지구상에 등장하면서부터 음식과 밀접한 관련을 맺으며 사용돼 왔다. 

특히 우리 조상들은 다양한 질병을 치료하는 약물로 소금을 활용했다. 소금으로 이를 닦는 것은 물론, 혀에 백태가 끼거나 발가락에 무좀이 생겼을 때 소금을 바르거나 문질렀다. 또한 치통이나 피부병이 발생했을 때도 소금으로 닦고 씻는 등, 소금을 거의 만병통치약처럼 여겼다. 

실제로 한의학에서는 소금을 중요한 약재로 사용했다는 기록들이 나온다. 명나라의 대표적 약학서인 ⟪본초강목(本草綱目)⟫에는 총 75종의 소금을 활용한 처방이 수록돼 있고, 또한 세종대왕 시절에 편찬된 ⟪향약집성방(鄕藥集成方)⟫에도 소금 치료법만 수백 가지가 넘게 실려 있다. 

이 외에도, 소금은 병을 걸리게 하는 귀신을 쫓는 주술 행위에도 많이 사용됐다. 대표적인 사례가 오줌을 자주 싸는 아이에게 키를 씌워서 소금을 얻어오는 풍습이다. 해독과 살균작용이 있는 소금이 오줌의 냄새를 없애고, 어린이들의 야뇨증을 방지시켜준다고 믿었기 때문이다. 

이처럼 한 때는 만병통치약이자, 안전을 지켜주는 수호신으로까지 여겨졌던 소금이 최근 들어서는 성인의 건강을 해치는 주범으로까지 몰리며 그 설자리를 잃어가고 있다. 더군다나 냉장고의 등장과 각종 약품의 개발로, 보존제 및 치료제로서 사용되던 기능마저 이제는 과거의 일이 돼버렸다. 

■ 소금의 면역력 강화 기능이 새롭게 밝혀져 

소금이 건강에 안 좋은 영향을 미친다는 사실은 틀린 말이 아니다. 특히 고혈압을 유발하는 요인이라는 것은 분명한 사실이다. 소금을 구성하는 나트륨이 세포 속으로 들어가면, 세포는 균형을 맞추기 위해 수분을 흡수한다. 이 과정에서 세포막이 팽창하면서 근처에 있는 혈관을 압박하는데, 이런 현상이 바로 혈압을 상승시키는 이유가 된다. 

하지만 소금의 임장에서 보면 억울한 점이 많다. 지금도 소금이 사람의 생명을 유지하기 위해서는 꼭 필요한 존재인데도 불구하고, 성인병을 일으킨다는 그 이유 하나만으로 식탁에서 퇴출될 위기로까지 몰리고 있기 때문이다. 

사실 소금은 너무 많이 먹어도 문제가 되지만, 너무 적게 먹어도 탈이 난다. 그 좋은 예가 바로 마라톤이나 축구처럼 땀을 많이 흘리는 운동을 할 때다. 우리 몸은 일정 수준의 염도를 유지해야 하기 때문에, 만약 소금 섭취를 거의 하지 않은 채 물만 마시게 되면 체내 염도가 떨어져 건강상의 문제가 발생할 수 있다. 

적게 먹어서 문제가 되는 것은 체내 염도뿐만이 아니다. 최근에는 소금이 면역력 증강에 도움을 준다는 사실이 밝혀져, 그동안 몰랐던 소금의 효능에 대한 재조명이 이루어지고 있다. 

최근 독일과 미국의 연구진이 저명한 학술지인 <셀메타볼리즘(Cell Metabolism)> 최근호에 기고한 논문에 따르면 소금이 사람의 몸에 침입한 세균을 파괴할 수 있는 면역력을 기르는데 많은 기여를 하는 것으로 나타났다. 

독일 레겐스부르크대의 요나단 얀취(Jonathan Jantsch) 교수와 미국 밴더빌트대의 옌스 티체(Jens Titze) 교수가 이끄는 공동 연구진은 쥐를 대상으로 소금 섭취가 신체에 미치는 영향을 실험하던 중에, 상처가 난 피부에서 고농도 소금이 축적되는 것을 발견했다. 

이 같은 현상에 흥미를 느낀 연구진은 대식세포(몸에 침입한 세균을 파괴하는 역할을 하는 세포)를 서로 다른 조건에서 배양해 보았다. 즉 대식세포를 배양하는 2개의 배지에 대장균을 감염시킨 후, 한 쪽에만 소금을 첨가해 본 것이다. 

그 결과 소금을 첨가한 배지에서 자란 대식세포가 훨씬 빠른 시간에 대장균을 파괴하는 것으로 나타났다. 이 같은 결과는 실험쥐를 대상으로 한 소금 섭취 실험에서도 비슷하게 나타났다. 

소금을 많이 먹인 쥐들이 적게 먹인 쥐들보다 세균의 감염으로부터 더 빨리 회복된 것이다. 이 같은 결과에 대해 공동 연구진은 “항생제도 없고, 수명도 짧았던 조상들에게 짜게 먹는 것이 세균 감염을 물리치는 요인으로 작용했을 것으로 보인다”고 말했다. 

그러나 연구진은 소금을 많이 먹을수록 면역력이 따라서 증가하는 것은 아닌 만큼, 소금을 ‘먹는’ 용도 보다는 ‘바르는’ 용도로 바꾸자는 대안을 제시했다. 피부가 세균으로 감염됐을 때 먹는 소금의 양을 늘리는 것보다는, 차라리 소금을 함유한 수액이나 젤 등을 발라서 피부의 염분 농도를 상승시키자는 것이다. 

아마 공동 연구진도 ‘과유불급(過猶不及)’이라는 속담을 염두에 두고, 소금을 바르는 용도로 사용해 보자는 제안을 한 것으로 보인다. 지나친 것은 미치지 못한 것과 같다는 이 말처럼, 연구진은 이 제안을 통해 소금이 지나쳐도 안 되지만, 모자라서도 안 되는 존재임을 알리고 싶었던 것은 아닐까? 

글 : 김준래 과학칼럼니스트

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[실험]무게가 다른 구슬이 한곳에서 동동

자연에는 여러 형태의 물질이 있다. 하나씩 있을 수도 있고, 함께 있을 수도 있다. 소금과 물, 설탕과 물처럼 잘 섞이는 물질이 있는 반면, 함께 있어도 서로 섞이지 않는 물질도 있다. 대표적인 것이 ‘물과 기름’이다.

옛날부터 서로 섞이지 못하는 사이를 ‘물과 기름’ 같다고 했다. 물과 기름은 그 성질이 달라서 서로 섞이지 못한다. 흔들어서 섞어 놓아도 시간이 흐르면 두 층으로 분리된다. 이것은 기름이 물보다 비중이 작아서 나타나는 현상이다. 그런데 이런 성질은 물과 기름만 가지고 있는 것은 아니다.

물질의 비중 차이를 이용하면 재미있는 실험을 할 수 있다. 소금물과 이소프로필알코올(isopropyl alcohol)로 무게가 다른 구슬이 한곳에서 만나는 실험을 해 보자.


[교과과정]
초등 5-2 용해와 용액
중 2 물질의 구성
중 2 우리 주위의 화합물

[학습주제]
각 물질의 밀도차 이해하기
비중과 밀도의 차이점 알기

<실험 방법 및 원리>

실험방법및원리

 



<실험동영상>
 



<실험 주의 사항>
* 이소프로필알코올은 온라인 과학사에서 구입할 수 있습니다.
* 이소프로필알코올은 피부에 묻지 않게 주의하세요. 피부에 묻으면 물로 바로 씻으세요. 부스럼이나 발진이 생길 수 있습니다.
* 알코올과 소금물은 1:1로 섞을 때 반응이 잘 일어납니다.
* 색소를 너무 많이 넣으면 구슬의 움직임이 잘 보이지 않을 수 있습니다.
* 실험에 사용한 용액을 절대 마시거나 입에 대지 마세요. 두통, 어지러움, 구토, 혼수상태 등을 유발할 수 있습니다.


▪ 구슬의 위치가 변하는 이유는?

야광구슬과 색구슬이 두 용액의 경계면에서 만나는 이유는 소금물, 이소프로필알코올, 야광 구슬과 색 구슬의 비중이 각각 다르기 때문이다.

각 물질의 비중은

소금물 > 색 구슬 > 야광 구슬 > 이소프로필알코올

순이다.

우선 이소프로필알코올의 비중은 물보다 작은 0.786이고 소금물은 물보다 비중이 크다. 따라서 두 용액이 만나면 이소프로필알코올이 위로 소금물이 아래로 움직이게 되는 것이다.

그런데 병을 흔들어 두 액체를 섞는 순간에는 용액의 비중이 비슷해져서, 야광 구슬은 위로, 색 구슬은 아래에 위치하게 된다. 하지만 일정 시간이 흐른 후, ‘물과 기름’처럼 두 액체가 나누어지고 비중 차에 의해 구슬이 가운데로 모이게 되는 것이다. 이소프로필알코올보다 비중이 높은 야광 구슬은 아래로, 소금물보다 비중이 낮은 색 구슬은 위로 올라가게 된다.


▪ 비중 VS 밀도

보통 비중과 밀도를 같은 개념으로 이해하고 사용한다. 하지만 두 용어에는 분명히 개념차이가 있다. 밀도란 물질의 질량을 부피로 나눈 값으로 물질마다 고유한 값을 지닌다. 밀도라는 단어도 ‘빽빽이 들어선 정도’라는 뜻이다. 밀도는 주로 g/㎖, g/㎤ 의 단위를 사용한다.

고체 상태의 물질은 분자들이 매우 빽빽하게 모여 있는 상태이므로 밀도가 크다고 할 수 있다. 액체 상태의 물질은 고체에 비해 분자 간의 거리가 멀기 때문에 큰 부피를 차지하고, 고체보다 작은 밀도는 갖는다. 기체 상태의 물질은 분자 간의 거리가 매우 멀어 같은 수의 분자에 대해 차지하는 부피가 고체나 액체에 비해 훨씬 크다. 따라서 밀도는 매우 작은 편이다.

비중이란 1기압, 섭씨 4도일 때 물의 비중을 1로 잡고 같은 부피의 다른 물질을 비교한 값이다. 밀도와 달리 별도의 단위가 없으며, 같은 부피의 물에 비해 질량이 몇 배인가를 말한다. 비중이 1보다 작으면 물에 뜨고 크면 가라앉는다.


▪ 소금물이 물보다 비중이 큰 이유

대부분 고체는 물보다 밀도가 높다. 분자들이 매우 빽빽하게 모여 있는 상태이기 때문이다. 그래서 물에 녹으면 고체일 때보다 밀도가 낮아진다. 하지만 소금물의 경우 소금이 녹더라도 부피에는 변화가 없는 상태에서 녹은 소금만큼 질량이 늘어나기 때문에 밀도가 증가하는 것이다. 소금이 물 분자 사이에 들어가서 물 분자 간의 공간이 줄어들어 부피에 변화가 없다고 볼 수 있다.

글 : 김세경 과학칼럼니스트
 

실험 칼럼은 이번 기사가 마지막입니다. 다음 시간부터는 실험 칼럼 대신 과학을 테마로 한 지리 여행 칼럼을 보내드릴 예정입니다. 많은 관심 부탁드립니다.

 

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회사원 이씨는
아직 20대지만, 병원에서 고혈압이 우려된다는 진단을 받고 식생활 습관부터 고쳤다. 맵고 짠 음식이 혈압을 상승시킨다기에 밋밋하다 싶을 정도로 싱겁게 먹었다. 하지만 이씨가 싱겁게 먹었다고해서 혈압을 상승시키는 나트륨을 섭취하지 않았다고 확신할 수 있을까? 그렇지 않다. 시중에 유통되는 가공염 중에는 짠 맛을 덜 느끼도록 하는 화학조미료가 첨가된 것도 있기 때문이다.성인병 예방을 위해 음식을 싱겁게 먹으려고 노력하는 사람들이 늘고 있지만, 다량의 나트륨을 함유하고 있는 가공식품에는 무심한 경우가 많다. 더욱이 가공식품에는 식품 첨가물(MSG)이 들어 있는데 이 식품 첨가물속에도 역시 나트륨 성분이 포함되어 있어 표기량보다 실제 나트륨 함유량이 더 높다. 최근 어린아이들이 주로 먹는 스낵류에 나트륨이 지나치게 많이 들어 있다는 조사 결과가 발표되면서 나트륨 과다 섭취에 대한 경각심이 일고 있다. 나트륨이 무엇이기에?



나트륨은 우리 몸에서 수분 평형, 산-알카리 평형 등 몸 안의 여러 생리 기능을 조절해주는 미네랄의 일종이다. 미네랄은 체내 합성되지 않으므로 꼭 식품으로 섭취해야 한다. 야채, 과일, 육류, 생선 등 다양한 식품을 통해서 미네랄을 얻을 수 있는데, 나트륨의 경우, 주로 소금에 함유된 염화나트륨의 형태로 섭취하게 된다. 나트륨은 체내에 자극을 전달하는 역할을 하는데, 이 때 역시 미네랄의 일종인 칼륨과의 균형이 중요하다. 나트륨은 칼륨과 함께 우리 몸의 산과 알카리의 평형을 유지하고, 혈장의 부피를 조절해 혈압을 정상적으로 유지하는 작용을 한다. 나트륨이 부족하면 식욕부진·소화불량·혼수·신장병·저혈압·간기능 저하 등이 일어날 수 있고, 칼륨이 부족하면 설사·구토·요산증·쿠싱병 등이 생기기 쉽다.



반면 혈장 내에 나트륨과 칼륨 농도가 조금만 증가해도 혈압과 심장 운동에 큰 영향을 미친다. 나트륨 섭취가 과다하면 수분 평형 조절 기능에 의해 혈액의 부피가 증가하고 이것이 동맥 혈압에 큰 영향을 주어 고혈압을 일으키거나 신장에 무리를 주게 된다. 체내 나트륨이 과도한 상태에서는 갈증·피로·수면 장애·부종·고혈압 등이 일어나며, 심한 경우 발작을 일으킬 수 있다. 이외에도 나트륨의 과다 섭취는 신경불안·정서불안·스트레스·자살 충동 등을 부추기며 위암·위궤양·골다공증 발생과도 연관이 있다는 연구결과가 발표된 바 있다.



나트륨은 과다 섭취나 결핍 어느쪽이든 신체에 영향을 미치지만, 현대인에게 결핍으로 인한 영향은 드물고 과다 섭취로 인한 문제는 나날이 늘고 있다. 세계보건기구(WHO)와 미국 국립보건원(NIH)는 성인 기준 1일 소금 권장섭취량을 5g~6g으로 제시하고 있다. 소금은 염소와 나트륨이 약 60%와 40%로 이루어져 있으므로, 이를 나트륨 기준으로 보자면 2000mg, 2400mg에 해당한다. 영국 식품표준청은 나트륨 함유량이 식품 100g 당 500mg을 넘을 경우 과다 나트륨 함유로 규정하고 있다. 이러한 기준에 비춰볼 때 지난 12일 소비자문제를 연구하는 시민의 모임이 발표한 시중 스낵류 과자의 나트륨 함량조사 결과는 충격적이다. 발표에 의하면 20개 조사 대상 제품 중 13개에서 100g 당 500mg을 초과하는 나트륨이 검출됐다. 20개 중 13개가 과다 나트륨 함유 식품인 것이다.



유아의 경우 건강 유지를 위해 필요한 최소한의 나트륨 필요량은 1일 120mg, 10세부터 성인이 될 때까지 1일 500mg이다. 소금의 양으로 치자면 2g 남짓이다. 하지만 98년 보건복지부 발표에 의하면 우리나라 유아와 아동의 나트륨 섭취량은 이를 훨씬 초과해 1~2세가 1500mg, 3~6세는 2400mg, 7~12세는 3500mg으로 성인 권장량에 가까운 양을 섭취하고 있는 것으로 드러났다. 과자 한봉지만 먹어도 1일 섭취량을 초과하는 상황이니 당연한 결과라고 해도 과언이 아니다. 어린이의 경우 나트륨 과다 섭취로 인한 영향이 더욱 크다. 특히 비만 아동일 경우 혈관 질환을 일으킬 수 있다.



소금을 무작정 성인병의 원인이요, 섭취를 줄여야할 대상으로 취급하는 것은 곤란하다. 적당량의 소금이 우리 몸을 신진대사를 유지하는데 꼭 필요한 이유도 있지만, 최근 나트륨 과다 섭취의 원인이 소금 탓만은 아니어서다. 시중에 유통되는 소금 대부분은 천일염의 정제·가공해 만든 가공염이다. 천일염은 염화나트륨의 함유량이 85% 가량이지만, 이런 가공염은 99.9%에 이른다. 여기에 클루타민산나트륨이 주재료인 조미료까지 나트륨 섭취를 부추긴다.

바다의 환경 오염이 날로 더해 좋은 천일염을 얻기 힘들어지고, 소비자들이 희고 맛내기 좋은 가공염을 선호하는데다, 입맛은 가공식품과 조미료의 강한 맛에 익숙해지고 있다. 현대인은 나트륨 과다 섭취라는 위험 앞에 노출되어 있는 것이다. 식품 선택시 나트륨 함량 확인과 가공식품, 조미료, 가공염을 피하는 지속적인 노력이 필요하다.(글:과학향기 편집부)

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안녕하십니까~ 달인을 만나다의 사회자 우담입니다. 오늘은 냉장고가 없어도 음료수를 언제나 시원하게 얼려 먹으며 30년을 생활해 오신 냉동의 달인 냉동 양과장을 모셨습니다.

사회자 우담 : 안녕하세요, 선생님. 무려 30년간 냉장고가 없어도 음료수를 시원하게 얼려 드셨다고 하는데 어떻게 그렇게 하실 수 있으셨나요?

냉동 양과장 : 아~ 별거 아닙니다. 이렇게 얼음조각 위에다 소금만 샥샥 뿌린 뒤 음료수를 폭 집어넣으면 금방 차가워집니다.

사회 우담 : 아니 정말 그렇게만 하면 차가워지는 것이 가능할까요?

냉동 양과장 : 얼음에다 소금 뿌리고 음료수 넣어 봤어요? 넣어보지 않았으면 그런 말을 하지 마세요.

사회 우담 : 그럼 어서 빨리 한번 해 보시죠!

달인 양과장은 얼음이 가득 담긴 그릇에 소금을 뿌리더니 그 속에 요구르트나 음료수 병을 쑥쑥 넣기 시작했다. 그렇게 10여 분이 지나자 정말 요구르트는 샤베트처럼 얼려 있고 음료수는 아주 차가워졌다. 마술사도 아닌 우리의 달인 양과장은 어떻게 이렇게 할 수 있었을까?

신기해 보이는 이 현상은 아주 간단한 과학적 원리를 기반으로 하고 있다. 물은 보통 0℃에서 얼기 시작해 얼음 상태가 되면 최대 -5℃까지 온도가 내려가게 되며 특별한 이유가 없는 한 이 상태를 유지하게 된다. 하지만 이런 상태의 얼음에 소금을 뿌리게 되면 얼음은 바로 녹기 시작하는데 이는 주변 온도가 올라가서 녹는 것이 아니라 온도가 점점 떨어짐에도 불구하고 물로 변하게 된다. 이는 물 분자들이 서로 강력한 끌어당김(인력) 상태로 안정화되어 있는 구조, 즉 얼음 상태의 구조에 소금분자들이 물 분자 사이로 끼어들어 가면서 안정화된 물 분자 구조를 무너뜨려 다시 물 상태로 변하게 하기 때문이다.

얼음이 물로 녹는 것처럼 고체가 액체 상태로 변하는 현상을 융해현상이라고 하며 고체가 융해될 때에는 주변의 열을 흡수하게 되는데 이 열을 융해열이라고 한다. 얼음에 소금을 뿌리게 되면 얼음은 융해현상을 일으키며 주변의 열을 흡수하게 된다. 물이 순수한 얼음 상태의 최저 온도는 -5℃이지만 소금을 뿌린 얼음의 최저 온도는 무려 -24℃에 달한다. 즉 소금이 뿌려진 얼음물이 다시 얼기 위해서는 -24℃까지 온도가 낮아져야 함을 의미하는 것이다. 이것이 어는점 내림 현상이다.

이 때문에 요구르트나 음료수를 짧은 시간 동안 빨리 시원하게 하기 위해서는 단지 얼음물 속에 담가 놓은 것보다 얼음에 소금을 3:1의 비율로 뿌려 놓는 것이 좋다. 이런 원리는 음료수나 얼음과자를 얼리거나 차갑게 하는 데 이용되기도 하지만 눈이 많이 내리는 날에 도로의 눈을 제설하는 데도 응용된다.

눈이 많이 내리는 날, TV를 보면 눈 덮인 도로 위에 하얀 염화칼슘을 뿌리는 장면을 자주 볼 수 있는데 이는 눈에 물의 어는점을 강제적으로 낮춰 눈이 녹아내리도록 하기 위함이다.
염화 칼슘의 경우 최대 -55℃까지 온도를 낮출 수 있으므로 내린 눈이 빙판이 되기 위해서는 최대 -55℃ 이하 온도가 되어야 함을 의미한다. 실제로 이러한 혼합비는 매우 이상적인 혼합비율 상태에서 나오는 온도이기는 하지만 단지 눈 위에 뿌리기만 함을 통해서 -10℃ 이하의 어는점을 얻을 수 있다.


[실험방법]
준비물 : 비커, 얼음, 굵은 소금, 온도계, 요구르트, 작은 음료수 등

[실험순서]
1. 작은 얼음들을 비커에 적당히 넣는다.
이때 얼음의 크기들이 너무 작게 만들지 않는다.
2. 이 상태에서 온도를 측정해 기록해 놓는다.
3. 얼음 위에 3:1의 비율이 되도록 소금을 뿌린다.
4. 5분 정도 시간이 지난 뒤 소금을 뿌린 얼음의 온도를 측정해 2번 상태와 비교해 본다.
5. 소금을 뿌린 얼음 속에 요구르트나 음료수를 넣어 차갑게 얼려 본다.

[실험 Tip]
- 집에서 실험할 경우 소금을 뿌리지 않은 얼음과 소금을 뿌린 얼음을 준비하여 동시에 요구르트나 음료수를 넣은 뒤 나중에 어느 것이 더 차가운지 비교하는 실험을 해도 좋다.

글 : 양길식 과학칼럼리스트






ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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물로 무지개탑 쌓기

과학향기 기사/Sci-Fun 2008.05.30 16:48 by 과학향기

오랜만에 가족들과 나들이를 나온 양과장은 갑자기 내린 비로 근처 건물에서 잠시 몸을 피했다. 한참 뒤 비가 그친 뒤 나와 보니 공원 뒤 먼 산 앞으로 무지개가 걸려있었다.
“와, 아빠! 저기 무지개 좀 봐~ 너무 이뻐.”
“그러게… 비가 와서 오늘 나들이는 망쳤지만 대신 저렇게 예쁜 무지개를 봐서 정말 다행이다. 그치?”
“응! 그런데 아빠, 저 무지개 뚝 떼어다가 내방에 걸어 놨으면 좋겠다. 그럼 매일 볼 수 있을텐데…”
채원이의 반짝이는 눈을 보며 양과장은 좋은 생각이 떠올랐다.
“음, 채원이의 소원이 그렇다니 우리 집에서 무지개를 한번 만들어 볼까?”
“정말? 와~ 우리 아빠 최고!”
좋아하는 채원이의 모습을 보며 양과장은 물의 비중을 이용해서 무지개를 한번 만들어 봐야겠다는 생각을 했다.


사용자 삽입 이미지
많은 사람들이 물은 다 똑같은 물이라고 생각하지만 실제로 여러 가지 물을 한곳에 섞은 뒤 잘 지켜보면 섞이는 물도 있는 반면 기름처럼 층이 지는 물도 있다. 예를 들어 똑같은 물이지만 한쪽에 소금을 좀 넣은 뒤 맹물과 섞으면 두 물이 바로 섞이지 않고 소금물은 아래로 맹물은 위로 나눠져 층이 생기게 된다. 또한 뜨거운 물과 차가운 물을 섞으면 소금물에서와 같이 뜨거운 물은 위로 차가운 물은 아래로 나눠지게 된다.

이처럼 물이 나눠지는 이유는 물의 비중 때문이다. 비중이란 어떤 물질의 질량과, 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율을 말한다. 즉 측정하기 어려운 물질을 물속에 넣은 뒤 넘치는 물을 모아 측정해 보면 해당 물체의 비중을 알 수 있게 된다. 비중은 온도와 기체의 압력에 따라 달라지며 밀도와 같은 말로 사용되기도 한다. 이때 비중의 기준이 되는 표준물질은 액체의 경우 4℃, 1기압 하에서의 물을 기준으로 사용하고 기체의 경우 0℃, 1기압 하에서의 공기를 사용한다.

물은 4℃, 1기압 하에서 비중이 1g/㎤이 되는데 비중값은 온도와 압력에 따라 다르다. -5℃에서 물의 비중은 0.99918g/㎤이며 100℃에서 물의 비중은 0.95858g/㎤이 된다. 이 미세한 비중의 차이 때문에 뜨거운 물과 차가운 물을 섞어 놓으면 층을 이루게 된다. 물론 뜨거운 물과 차가운 물 사이에 열교환이 바로 이루어져 열평형이 되면 비중이 똑같아 지기 때문에 층은 금방 사라지지만 열교환이 이루어지고 있는 동안에는 층을 볼 수 있다.

소금물의 경우도 이와 비슷하다. 소금물의 경우 물속에 소금이 녹아 있기 때문에 똑같은 질량을 가진 물에 비해 더 무겁게 된다. 0℃, 1기압 하에서 26%의 농도를 가진 소금물의 경우 밀도는 1.207g/㎤이다. 이와 동일한 조건에서 물의 밀도는 0.99987g/㎤이므로 소금물이 맹물에 비해 무거워 밑으로 가라앉게 되는 것이다.

그렇다면 맹물은 소금물보다 무조건 가벼울까? 대부분 맹물이 소금물보다 가볍지만 예외의 경우도 있다. 그것은 바로 바다 깊은 곳에 흐르고 있는 심층수다. 심층수는 수심 200m 이하 깊은 곳에 있는 물로서, 북대서양 그린랜드, 남극에서 발원하여 외부에 노출되지 않고 4,000년을 주기로 대서양, 인도양, 태평양을 순환하는 물이다. 심층수는 바닷물과 달리 맹물로 되어 있는데 햇빛이 도달하지 않는 심해저에서 2℃ 이하의 차가운 온도와 높은 수압, 그리고 물속에 섞어 있는 다양한 미네랄 성분 때문에 비중이 바닷물에 비해 매우 높다. 이 때문에 바닷물과 섞이지 않고 바다 깊은 곳에서 흐르게 되는 것이다.

그렇다면 이런 물의 비중을 이용해 어떻게 무지개탑을 쌓을 수 있을까?
소금 또는 설탕의 밀도를 다르게 하면 물의 비중을 이용한 예쁜 무지개탑을 만들 수 있다.



[실험방법]

준비물 : 투명한 용기(우유병이나 PET병), 종이컵 4~5개, 소금(또는 설탕), 숟가락, 물감, 스포이드

진행순서
1. 투명한 용기를 준비한다.
2. 준비된 종이컵에 같은 양의 물을 붓는다.
3. 종이컵에 숟가락으로 각각 소금(또는 설탕)을 넣고 잘 젓는다.
1번 컵 : 물, 2번 컵 : 물+소금(또는 설탕)1숟가락,
3번 컵 : 물+소금(또는 설탕)3숟가락, 4번 컵 : 물+소금(또는 설탕)6숟가락
4. 각각의 소금(또는 설탕)물에 물감을 넣고 섞는다.
5. 이렇게 준비된 물을 4번 컵, 3번 컵, 2번 컵, 1번 컵 순서대로 스포이드를 이용해서 투명 용기의 벽면에 대고 천천히 넣는다.
(물 붓듯 부으면 바로 섞여버리기 때문에 스포이드 등으로 물을 조심스럽게 넣어서 층이 생길 수 있도록 한다.)


글 : 양길식 과학칼럼니스트

<출처:한국과학기술정보연구원>ndsl링크

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