[1일 1페이지, 교양수업365]067 과학_표면 장력과 수소 결합

 

 

067 과학_표면 장력과 수소 결합

물은 지구상에서 가장 이상하고 가장 흔한 물질이다. 물의 고체 형태는 액체일 때보다 밀도가 낮다. 그래서 얼음이 물이 뜨는 것이다. 물은 크게 변하지 않으면서 많은 양의 열을 흡수할 수 있다. 해안가 도시들이 온대 기후를 갖는 이유가 여기에 있다. 물은 이른바 '피부'를 가지고 있다. 즉, 서로 표면이 닿으면 달라붙으려 하는 얇은 분자층을 가지고 있다.

 

울이 이처럼 특별한 성질을 갖는 것은 분자의 모양 때문이다. 물 분자는 2개의 수소 원자 하나의 산소 원자로 구성되어 있다. 즉 물 분자는 H2O이다. 산소 원자를 머리라 하고 2개의 수소 원자를 머리 양쪽에 달린 귀로 본다면 미키마우스와 닮았다. 물 분자에서 전자들은 고르게 분포되어 있지 않기 때문에 귀는 양의 전하를 띠고 머리는 음의 전하를 띤다. 반대 전하끼리 끌리는 성질 때문에 물 분자의 귀는 다른 물 분자의 턱에 달라붙는다. 이것을 수소 결합이라 한다. 얼음이 되었을 때 물 분자는 안정적으로 서로 결합해서 사면체를 형성한다. 그러나 약체 상태일 때는 분자 구조가 더 느슨해진다. 수소 결합이 끊어졌다가 다시 결합하기를 끊임없이 반복한다. 사실 보통의 수소 결합은 아주 잠깐 지속된다.

 

물컵 한가운데에 있는 물 분자는 모든 방향으로 동등하게 인력이 작용한다. 그래서 실질적으로 별도의 효과가 발생하지 않는다. 하지만 표면에서는 물 분자를 위로 잡아당기는 힘이 없기 때문에 분자들이 아래로 혹은 옆으로 더 세게 잡아당겨진다. 그 결과 마치 달라붙는 성질이 있는 피부처럼 표면 장력이 만들어진다. 표면장력에 의해 컵의 가장 자리 위까지 볼록하게 올라가도록 물을 채울 수 있다. 물이 구슬 모양의 물방울을 형성하거나 거품을 만들어내는 것도 표면 장력 덕분이다.

 

소금쟁이는 물의 표면 장력을 이용한다. 쇼금쟁이는 가벼우면서 패드 같은 다리가 달려 있어서 실제로 물 위를 걸어 다닌다.

 

물의 표면 장력은 우연히 물에 빠진 날벌레를 익사시킬 수 있다. 벌레들은 물 분자의 잡아당기는 힘을 이겨낼 만큼 빨리 날개를 펄럭거릴 수 없다.

 

세제는 표면 장력을 낮추는 작용을 한다. 그래서 물이 섬유의 구멍이나 먼지에 더 효과적으로 침투할 수 있다.

 

 

참고자료

<1일 1페이지, 세상에서 가장 짧은 교양수업 365>

 

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