Re:물 (머리에 쥐날껄??)

[회몽]

화학식 H O. 무색·무미·무취이며 상온에서 액체인 수소와 산소의 화합물. 천연에는 해수·호소수(湖沼水)·하천수·지하수·빙설 및 대기 중의 수증기 등으로서 존재하며 지구의 표면 근처에 가장 많이 존재하는 물질이다. 지구상의 물이 언제 어떻게 해서 발생했는가에 관해서는 분명히 알지 못하지만 지구상의 생명을 탄생시킨 원시해양은 지금부터 35억 년 전에 발생하였으며, 적어도 20억 년 전에는 현대의 질량과 같은 해수가 존재했다고 추정된다.

지구상의 물

물의 양과 분포

지구상의 물은 해수와 육수로 나뉘며 그 외 소량의 물이 대기중에 존재한다. 해수는 지구표면의 70.8％를 덮고 있으며, 지구상 물 총량의 97.5％를 차지하고 있다. 해양의 평균 수심은 3795m이며, 총량을 지구의 겉넓이로 나누면 2647m가 된다. 육수 중에서 호소수나 하천수 등의 지표수는 육지넓이의 3％를 덮고 있는 데 불과하다. 그러나 북극권에서는 증발이 적은 데다 영구빙토로 배수 조건이 나쁘며, 담수넓이율이 30％ 이상인 지역도 있다. 지표수의 양은 〔표 1〕처럼 물의 총량에 비하면 적으나 순환속도가 빠르며 수자원으로서도 가장 중요하다. 빙하는 육지넓이의 11％를 덮으며, 육수부피의 70％를 차지한다. 전 빙하 중 89.7％는 남극대륙에, 또 9.8％는 그린란드와 북극지역에 있다. 지구상의 물 총량은 일정하므로 빙하의 양이 증가하면 해면은 낮아진다. 지금부터 1만 8000년 전 마지막 빙하기 최성기의 빙하는 현재 양의 약 3배 정도로 지구의 평균 해면은 약 130m 낮았다고 추정된다. 또 장래 대기 중 이산화탄소의 증가로 기후가 온난화하면 해면이 상승하고 해안 저지역에 심각한 영향이 나타날 것으로 우려된다. 지하수는 빙하 다음으로 양이 많고 그 분포 범위는 육지의 거의 전역에 미치는데, 총량의 정확한 추정은 어렵다. 〔표 1〕의 값은 1951년에 C.S. 폭스가 지하수가 차지하는 암석의 간극률(間隙率)을 지표에서 깊이 760m까지는 4％, 760∼3750m는 1％로서 추정한 값이다. 〔표 1〕의 토양수의 양은 식물에 이용가능한 유효수분의 추정값이다. 소련의 M.I. 리보비치는 1973년에 토양수의 총량을 8만 3000㎦로 추정하였다. 생물체 속의 물의 양은 동물과 식물을 합하여 1000㎦ 정도로 추정한다. 대기 중의 수증기를 모두 응결시킨 물의 양을 가강수량(可降水量)이라 하는데 전 지구의 평균 가강수량은 25㎜이다. 가강수량의 지리적 분포는 위도, 즉 기온과 수륙배치에 따르며 습윤한 열대기단이 우세한 지역에서는 40㎜를 넘지만 건조한 한랭기단 중에서는 2㎜ 이하에 불과하다.

물순환의 형태

물은 지구상에서 여러 가지 형태를 취하는데, 그것들은 독립하여 존재하는 것이 아니고 지구상 물순환의 일부로서 서로 연관되어 있다. 지구상 물의 대부분을 저류하고 있는 바다에서는 태양에너지에 의해 끊임없이 증발이 일어난다. 저위도지대에서는 태양에너지가 많고 해양의 넓이도 넓으므로 해면에서 증발하는 물의 총량의 약 80％는 위도 40˚ 보다 저위도 쪽의 해역에서 증발한다. 증발한 수증기는 응결하여 구름이 되고 다시 비나 눈이 되어 그 90％ 정도는 직접 해상으로 떨어진다. 나머지는 바람에 의해 육지로 운반되어 지상으로 낙하한다. 지상으로 낙하한 물의 약 65％는 증발하여 대기 중으로 돌아간다. 나머지의 일부는 땅 속으로 침투하여 지하수가 되고, 땅 속을 천천히 흘러 하천이나 호소를 이루든가 샘이 되어 지표로 나온다. 또 다른 일부는 지표를 흘러 직접 하천으로 들어간다. 습윤지역에서는 하천이나 호소는 지하수에 의해 조성되는 것이 보통인데, 선상지(扇狀地)나 대지(臺地)를 흐르는 하천은 반대로 지하수를 조성하는 경우가 많다. 또 습윤지역에서 유출하천이 없는 호수의 바닥에서는 대량의 물이 지하수로서 유출되고 있다. 건조지역에서는 하천은 흘러가면서 증발 하거나 땅 속으로 침투하여 물을 잃고 끝이 없어져버리는 경우가 많다. 내부유역(강수량이 적기 때문에 바깥바다로 유출하는 하천이 없는 대륙 내부의 유역)의 호소는 강수량의 변동에 좌우되어, 계절적·시대적으로 호의 넓이가 크게 변화한다. 그 밖의 하천수는 바다로 돌아간다. 이와 같이 물순환은 시작도 끝도 없는 복잡한 계(系)를 이루고 있다. 지역과 시간을 정하여 물의 출입을 계산하는 것을 물수지[水收支(수수지)]라고 한다. 리보비치는 대륙별 물수지를 〔표 2〕와 같이 정리하였다. 기저유출량은 하천 유량 중에서 주로 지하수 유출로 생긴 변동이 적은 성분, 직접유출량은 강우 후 빨리 유출하는 변동이 큰 성분이다. 지하수는 전 유출량의 약 1/3 이며, 하천의 유량을 안정하게 한다. 전습윤량은 토양 속을 통과하는 물의 양으로, 식물의 생육에 관여하는 생태계의 중요한 물이다.

물순환의 속도

지구상의 물순환은 해양·하천·빙하·토양수대·지하수대 등의 물을 저류하는 능력이 있는 여러 가지 수문(水文) 시스템이 복잡하게 조합된 연속순환계를 생각할 수 있다. 어떤 수문 시스템의 저류량을 S, 그 시스템 속을 단위시간에 통과하는 물의 양을 Q라 할 때, S/Q를 그 수문 시스템의 평균체류시간이라 한다. 예를 들어 대기 시스템을 생각해보면 지구의 연평균강수량은 약 1000㎜이며, 대기 중의 수증기 평균저류량(가강수량)은 25㎜이므로, 수증기의 평균체류시간은 0.025년, 즉 약 9일이 된다. 이와 같은 방법으로 계산한 물의 평균체류시간이 〔표 1〕의 값이다. 육수(陸水)의 체류시간은 일반적으로 저류량이 큰 것일수록 길다. 남극대륙 얼음의 수지로부터 구한 대륙빙하의 평균체류시간은 약 1만 년이다. 그러나 유역에 따라 1000∼2만 년까지의 차이가 있다. 얼음을 구성하고 있는 수소나 산소의 안정동위원소 조성은 강수가 생겼을 때의 온도에 따라 다르다. 이 원리에 의거하여 빙하의 보링 코어에 의한 고기후(古氣候)의 복원이 행해지고 있다. 지하수의 체류시간은 평균 800년 정도인데, 지역이나 심도에 의한 차가 크다. 지하수의 순환속도는 일반적으로 얕은 층일수록 활발하며 체류시간도 짧다. 수소의 방사성동위원소인 환경트리튬(3중수소)을 추적자(tracer)로 한 연구에 의하면 산지 소유역의 얕은 층 지하수의 체류시간은 수 년, 홍적대지의 얕은 층 지하수는 10여 년이다. 체류시간이 수천∼3만 년 정도인 지하수의 연령은, 탄소의 방사성동위원소인 탄소 14 C를 추적자로 하여 추정할 수 있다. 이 방법에 의하면 아프리카의 사하라사막이나 미국 텍사스주 카리조사막의 지하수 연령은 2만∼3만 년이며, 빙기의 현재와 다른 기후조건에서 조성된 물이라고 추측된다. 이와 같이 지하수의 체류시간은 지표수에 비해 대단히 길므로, 한번 오염되면 원래의 상태로 회복하기까지는 긴 시간이 걸린다. 호소수의 평균체류시간은 호소의 규모나 수문 조건에 따라 수년∼수백년의 차가 있는데, 같은 시기의 호수 내부에 체류시간이 명료하게 다른 물이 존재하는 경우도 있다. 이러한 호수를 부분순환호라 하며, 하층에 염수가 침입한 기수호(汽水湖)나 하층수의 염분농도가 진한 염호에 많다. 예를 들면 미국 뉴욕주에 있는 그린호는 깊이 18m에 화학약층(化學躍層)이 있으며, 심층수의 염분농도는 표층수의 약 2배이다. 표층수의 체류시간은 2년이지만, 심층수는 4∼30년으로 길다.

환경과 특성

지구상의 물은 기권·수권·암석권을 순환하는 과정이며, 각각의 환경에 따른 특정한 수질을 갖게 된다. 강수는 천연의 증류수이지만 대기 중에서 각종의 에어로졸(煙霧質)·가스 등을 함유하게 된다. 예를 들면 해안 부근의 비는 내륙의 비에 비해 염분의 함량이 많으며, 대기오염지역에서는 강수 중에 오염물질이 다량으로 함유되어 있다. 대기오염이 원인이라 생각되는 산성비는 북유럽이나 북아메리카에서 삼림이나 호소 생태계의 파괴를 일으키고 있다. 지하수는 유속이 느려 암석과의 접촉시간이 길기 때문에 국지적인 지질조건을 강하게 반영한 화학 성분을 가진다. 예를 들면 이산화탄소를 녹인 물이 석회암 같은 탄산염성암석과 접촉하면 탄산수소칼슘을 다량으로 함유한 센물[硬水(경수)]이 생긴다. 일반적으로 지하수의 음이온 조성은 지하수의 유동에 의해 체류시간이 길어짐에 따라 탄산수소염타입에서 황산염타입으로, 또 바닷물의 조성에 가까운 물로 진화하며 용존물질의 양도 증가한다. 하천수의 성분은 강수에 함유된 성분, 지표에서 녹아들어온 성분, 지하수에서 공급된 성분으로 이루어진다. 일반적으로 하천수는 흘러가면서 용존성분이 증가하고 또 도시 배수나 공장배수의 혼입에 의해 수질이 변화한다. 호소수의 수질을 결정하는 큰 요인은 유입하천의 수질이다. 인이나 질소를 함유하는 영양염분이 다량으로 유입하면, 호의 부영양화(富營養化)가 일어난다. 그 대책으로서는 산업배수·합성세제·농약·비료·분뇨 등의 유입방지가 필요하다. 내륙에서 증발량이 유입량을 상회하는 호소에서는 염분이 농축되어 염호가 된다. 사해(死海；서아시아의 요르단·이스라엘)와 함께 세계 최대의 염분농도를 가진 북아메리카의 그레이트솔트호는 지금부터 1만 년 전까지는 담수호였으며 유출하천도 있었다. 당시 호수의 부피는 현재의 500배 이상이었으나 기후의 온난화로 현재의 상태로 축소하였다. 천연수의 수질은 이와 같은 자연조건의 변화 외에 인간활동의 영향에 의해 변화한다. 그 메커니즘은 여러 가지이지만 산업폐기물이나 도시 배수의 방류처럼 직접 천연수 속으로 물질이 부가되는 경우 외에 해안지하수의 과잉 양수(揚水)에 의해 지하수가 염수화하거나, 하천 상류에서의 취수(取水)에 의해 하류부의 유량이 감소하고 그 결과 해수가 거슬러 올라오는 경우도 있다.

수자원

지구상에는 13억~14억㎦의 물이 존재하는데 그 중 인간이 이용할 수 있는 물은 한정되어 있다. 물은 항상 순환하고 있으므로 광산자원과는 달리 갱신 가능한 자원이다. 그러나 물에 따라 체류시간이 다르므로, 수자원 개발에는 이 점을 고려하는 것이 중요하다. 지하수의 총량은 지표수에 비하면 대단히 많은데, 순환속도가 느리므로 보급 속도를 무시하고 대량의 양수를 하면 지하수위의 저하로 지반침하, 해안지하수의 염수화 등이 일어난다. 물을 자원으로서 평가하는 경우 양과 함께 질도 중요하다.

상수도용 물로서는 병원균이나 독물을 함유하지 않을 것, 비정상적으로 산성이나 염기성을 띠지 않을 것, 무색투명하고 냄새가 없으며 불쾌감이나 불안감을 주지 않을 것 등이 요구된다. 공업용수의 수질은 용도에 따라 다르다. 예를 들면 집적회로(IC)의 세정용에는 대단히 순도가 높은 초순수(超純水)가 요구되며, 보일러 용수도 높은 순도가 필요하다. 또 식품 등의 원료 용수에는 상수도와 같은 기준의 물이 요구되는데, 냉각용수 등은 엄격한 수질기준을 필요로 하지 않고 해수가 이용되는 경우도 있다.

세계적으로 보면 수자원은 점점 부족해지고 있다. 그 때문에 유네스코에서는 수문학의 연구촉진과 수자원관리의 향상을 목표로 국제협력사업으로서 국제수문화계획(IHP)을 1965년부터 실시하고 있다.

물의 과학사

물은 생물의 생존에 없어서는 안될 중요한 물질이다. 그 때문에 물에 대한 관심도 깊어 예로부터 많은 사람들의 흥미를 끌었으며, 철학자들에게 있어서는 중요한 사색(思索)의 대상이 되었다.

물의 원소설－1원소설과 4원소설

BC 6세기경 고대 그리스의 철학자 탈레스는, 물이 우주의 모든 기본적인 원소라는 일원론을 생각하고, 모든 물질은 물이 다른 형태로 나타나는 것이라 했다. 그 당시 견해에서는, 대지는 대해(大海)에 떠 있는 것이라 했으며 또 물은 어디든지 있고 또 눈·싸락눈·우박·얼음 등의 고체, 비·이슬·안개 등의 액체, 수증기 등의 기체가 되는 등 많은 변태를 만든다는 것에 근거한 발상이었다고 추측된다. BC 5세기경이 되어 엠페도클레스가 흙·공기·불과 함께 물을 모든 것의 기본 원소라 하는 4원소설을 제창했는데, 이와 같이 물을 원소로 하는 견해는 그 후로도 이어져 17세기경까지 남아 있었다. 예를 들면 공기 중에 탄산가스가 있음을 안 벨기에의 J.B. 헬몬트조차도 식물이 물만으로 성장함을 증명하려고 유명한 버드나무 실험을 하였다. 즉 말린 흙 200lb를 화분에 넣고 5lb의 어린 버드나무를 심어 흙이 바람에 날리지 않도록 철판을 씌우고, 매일 물뿌리개로 물을 주어 4년간 키웠다. 그리고 최후에 흙의 무게를 잰 결과 200lb에서 2온스가 모자랄 뿐이었다. 나무의 무게는 169lb 3온스였다. 그는 버드나무가 164lb 3온스 증가한 것은 물이 나무가 되었기 때문이라고 생각했다(식물의 광합성에 관해서 당시에는 알지 못했다). 나무는 태우면 재가 남는다. 재는 흙이다. 즉 물이 나무나 잎이 되고, 나무는 타서 연기와 흙이 된다는 개념이다.

원소설의 부정

물이 원소라는 것에 대해 부정적인 의견을 가진 것은 16세기의 독일 광산가 G. 아그리콜라였으며, 그것을 확인한 것은 프랑스의 A.L. 라부아지에였다. 18세기 후반에는 아직 4원소설의 신봉자가 많았으며, 그 4원소의 하나인 물이 다른 원소로 바뀐다는 견해는 꽤 많은 사람이 믿었다. 예를 들면 유리제의 증류장치로 물을 증류하면 증류기 바닥에는 항상 불용성 물질이 남아 있다는 사실은 물에서 흙이 생긴다는 증거라 했다. 이것에 대해 라부아지에는 유명한 펠리칸 실험으로 이것을 부정했다. 펠리칸이라는 것은 연금술시대에 이용된 실험기구로, 증류기가 동시에 유출물의 수기(受器)를 겸한 장치이다. 라부아지에는 1768년 10월 24일부터 다음해 2월 1일까지의 101일간 밀폐한 유리제 펠리칸 속의 증류수를 가열하고, 그 전후에 펠리칸과 물의 무게를 측정했다. 그 결과 펠리칸과 물의 총 무게는 변하지 않았으나, 얻어진 물을 꺼내어 증발건조시키고 남은 흙 같은 물질의 무게와 바닥에 남은 흙 같은 물질의 무게를 합한 것이 펠리칸의 감량(減量)과 거의 같았다. 즉 문제의 흙은 유리가 물에 녹은 것이라는 사실을 나타낸 것이다.

물은 화합물

펠리칸 실험에서는 물이 원소가 아니라는 것을 나타냈는데, 그 조성에 관해서는 알 수 없었다. 물의 조성을 처음으로 밝힌 것은 영국의 H. 캐번디시이다. 그는 1781년 그가 말하는 가연성 공기(수소)와 플로지스톤공기(산소)와의 혼합물 속에서 전기 불꽃을 일으키면 물만이 생성된다는 것을 발견했다. 물론 캐번디시는 플로지스톤설의 신봉자였으므로 이것을 플로지스톤설로 설명하고 있으나, 그 후 1784년경까지 정확한 실험을 반복하여 수소 2부피와 산소 1부피에서 물이 생기는 것을 확인했다. 그러나 이것에 대해 라부아지에는 홑원소물질로서의 수소와 산소의 반응에 의해 물이라고 하는 화합물이 만들어진다는 바른 설명을 했다. 또 물을 분해하여 수소와 산소로 하는 실험을 하여 합성과 분해의 양면에서 물이 원소가 아니라 수소와 산소의 화합물이라는 것을 밝혔다. 즉 1785년 적열(赤熱)한 철관 속으로 물을 통과시키면 수소가 발생한다는 것을 나타냈다(산소는 철과 화합해서 산화철을 생성한다). 이와 같이 해서 물의 원소설은 완전히 부정되었다. 또 그후 영국의 W. 니콜슨 등은 1801년 볼타의 전지를 이용하여 최초로 물의 전기분해를 하여, 양극에서 산소가 1부피, 음극에서 수소가 2부피 발생함을 알았다. 이것은 다시 프랑스의 J.L. 게이뤼삭에 의해 정밀하게 실증되어, 물은 수소와 산소로 이루어지며 그 조성은 수소 2에 대해 산소 1이라는 것을 밝혔다.

물이란 무엇인가

물의 조성

물은 수소 2, 산소 1로 이루어진 물질이며, 화학식 H O로 표시된다. 천연의 물을 각종 방법으로 정제한 이른바 증류수는 이 식에 일치한다. 물은 우리들 주위에 대단히 많이 존재하고, 풍부하게 사용할 수 있으며, 정제도 쉬우므로 예로부터 많은 것의 표준으로서 이용되었다. 예를 들면 물의 끓는점과 어는점을 온도의 표준으로 하고 그 사이를 100등분하여 섭씨온도로 하였다. 즉 물의 어는점이 0℃이고, 끓는점이 100℃이다. 또 4℃의 물 1m 의 무게를 1g으로 한다. 물은 4℃, 정확하게는 3.98℃에서 최대의 밀도(0.999973g/㎤)가 되므로 이것을 표준으로 취한다(고체 즉 얼음일 때는 수소결합에 의해 비교적 틈이 많은 구조이지만, 온도가 올라가면 그것이 끊겨 틈이 적어지기 때문에 팽창에 의한 밀도감소가 덜어져 밀도가 최대로 된다). 이상과 같이 이들 물리적 측정이 정밀해짐에 따라 순수한 물의 조성이 문제가 되어 자세히 조사한 결과, 수소에는 동위원소 H 및 D, 산소에는 동위원소 O, O, O이 있다는 것이 확인되어, 천연의 물은 각종 중수(重水)와 경수(輕水)의 혼합물이라는 것을 알았다. 이들 중수는 항상 대체로 일정한 비율로 천연수에 결합되어 있는데, 해수나 마그마수 등에는 보통의 천연수보다 약간 더 많이 함유되어 있다.

물의 성질

증류수 내지 순수는 무색·투명하고 무미·무취의 액체이다. 그 물리적 성질은 〔표 3〕에, 온도에 의한 물의 비중은 〔표 4〕에 나타냈다. 물은 다음과 같이 전리한다.
2H O H O ＋OH
이 때 평형상수 은



로 표시되는데, 이온화가 약간 일어나므로 물의 농도 [H O]는 일정하다고 추측되기 때문에 [H O]= 라 놓으면 는 온도에 따라 거의 일정하게 된다. 이 때의 log 는 0℃:14.935, 10℃:14.5346, 20℃:14.1669, 30℃:13.8330으로 상온에서는 거의 14이다. 이 를 물의 이온곱이라 한다. 물은 알칼리금속원소·알칼리토류금속원소와는 상온에서, 마그네슘과는 열수에서, 또 가열한 철과는 수증기에서 반응하여 수소를 방출하고, 금속의 수산화물 또는 산화물을 남긴다. 많은 금속의 산화물과 반응하여 수산화물이 되며, 비금속 산화물과 반응하여 그것들의 산소산(oxy acid)을 만든다. 또 많은 무기물·유기물을 용해하는데, 무기물에서는 이온결합성이 강한 무기염류, 유기물에서는 극성이 강한 분자로 된 것, 또는 물분자와 수소결합을 만들기 쉬운 것 등이 용해성이 높다.

물의 구조

수증기 속에서는 독립한 물분자 H O가 존재하며, 〔그림 2〕에 표시한 것과 같은 모양의 이등변삼각형이다. 보통 얼음의 결정 속에서는 이 물분자가 수소결합에 의해 무한히 이어지고 인규석형(鱗珪石型) 구조를 취하고, 인규석 SiO 의 Si가 O, O가 H가 된 구조를 취한다. 즉 〔그림 2〕와 같은 결정이 3차원적으로 이어져 있고, 6개의 O가 이어진 구조로 되어 있으며, 물분자 사이에는 공간이 있다. 이 때문에 얼음이 물보다 가벼운 것이다. 보통의 얼음을 다시 얼리면 －70∼－160℃ 사이에서는 크리스토발라이트형 구조가 된다. 이것은 인규석형과 기본적으로 같으나 O의 위치가 조금 변하여 인규석형이 육방정계인 데 대해, 등축정계로 되어 있다〔그림 3〕. 이 얼음은 더욱 저온에서는 무정형에 가까운 미결정(微結晶)의 집합체로 이루어진다. 얼음은 O-H-O로 3차원적으로 무한히 연결된 구조이므로 단결정은 이른바 하나의 거대분자라고 할 수 있다. 이 수소결합에 의해 연결된 결정이므로 얼음은 대단히 딱딱하다. 일반적으로 고체는 가열하면 녹는데, 얼음도 0℃에서 융해한다. 이때 얼음의 융해열은 6.01kJ/㏖(337J/g)로 대단히 크며, 예를 들면 벤젠이나 나프탈렌 등처럼 유기분자로 이루어진 것의 수 배이다. 또 보통 물질과는 달리 융해할 때 부피가 감소한다. 이것은 결정이 융해하여 액체로 되기 위해서는 인규석형 구조에서 보이는 수소결합이 먼저 절단되고, 이 구조가 붕괴되지 않으면 안되기 때문에 열량이 필요한 것이며, 이 골격이 붕괴되면 결정의 공간이 적어지므로 부피는 감소하는 것이다. 그러나 0℃ 부근에서는 아직 많은 수소결합이 남아 있어서 많은 공간이 있으며, 다시 가열하면 또 수소결합이 끊겨 3.98℃에서 최대밀도가 된다. 그 보다 더 가열하면 팽창에 의한 밀도의 감소로 비중은 감소한다. 보통의 물은 얼음결정이 군데군데에서 절단되어 생긴 것이라고 생각해도 되며, 이른바 얼음에 가까운 의결정(擬結晶)이다. 저온에서는 이 수소결합에 의한 물분자의 회합이 남아 있는데 (H O) 이며, 상온 부근에서는 이 4∼5이다.

물·얼음·수증기

물은 0℃, 1기압에서 응고하여 얼음이 된다. 단지 대단히 서서히 냉각하면(過冷却) －10℃ 정도까지 액체로 유지할 수도 있으나 이때 어떠한 충격이나 기타에 의해 한 순간 모두 얼음이 된다. 이것은 보통 얼음, 즉 얼음 이라 불리는 것으로 0℃ 이하 2000기압 이내에서 안정한 것이다. 이 밖에도 고압하에서는 얼음 Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ 등이 알려져 있다. 또 물은 100℃에서 끓음에 의해 수증기가 된다. 그러나 살며시 가열하면 100℃를 넘어도 끓지 않는 경우가 있다. 이와 같은 상태는 준안정상태이며, 이 과열된 상태에서 또 가열하면 갑자기 폭발적으로 끓어 수증기가 되는데 그 기화열로 100℃로 돌아간다. 그러나 그것보다 낮은 온도에서도 어떤 값(예를 들면 10℃에서 수은주 9.209㎜)의 수증기압을 가지고 있는데, 밀폐용기 속이라면 그 용기 속에서는 그 압력이 되기까지 수증기를 증발시킨다. 따라서 밀폐되어 있지 않고 대기에 액면이 접해 있을 때는 대기 중의 수증기압과 같아질 때까지 증발을 계속하든가 또는 대기 중의 수증기가 액화한다. 대기 중의 습도가 낮아 그 수증기압 이하일 때는 물이 없어질 때까지 증발하여 수증기가 된다. 수증기는 고온으로 되면 다음과 같이 해리하기 시작하는데,
2H O 2H ＋O
1기압하에서는 〔표 5〕와 같아진다.

물의 정제

천연에 존재하는 물은 많은 물질을 녹이는 성질이 있다. 비는 공기 중에 부유하는 진애(塵埃)를 비롯하여 산화질소나 이산화탄소 등을 녹이며, 하천의 물은 흐르는 동안 칼슘염·마그네슘염을 비롯하여 각종 무기염류 및 유기물을 녹인다. 이러한 물이 토양·사층 등을 통과하는 사이에 불순물이 제거되는데 청정해진 샘이나 우물 등의 물에도 어느 정도의 칼슘염·마그네슘염 등이 녹아 있는 것이 보통이다. 칼슘이온이나 마그네슘이온이 다량으로 용해되어 있는 물을 센물이라 하며 소량 용해되어 있는 물을 단물이라 한다. 호소에서 흘러 나오는 물 또는 하천의 물이 흘러 들어가 반복되어 증발 농축된 것이 바다이므로, 바다에는 극히 많은 염류가 녹아 있다. 세계 해양표층의 수중 염분농도는 현재 3.3∼3.8％이며 가장 대량으로 존재하는 것이 염화나트륨이다. 이 때문에 그대로는 음료용으로 부적당하다. 천연수를 적당하게 처리하여 인공적인 목적으로 사용하기 위해 행하는 분석을 ＜아쿠아메트리＞라 하는데 음료수의 수원 오탁이 문제시되고 있는 최근에 성행하고 있다. 연구 또는 의약품 기타 목적을 위해 화학적으로 순수한 물을 얻으려면 물을 증류하든가, 이온교환수지를 이용하여 각종 양이온 및 음이온을 제거하는 방법을 취하는 것이 보통이다. 증류로는 몇 번 반복하면 거의 순수한 물이 얻어지는데, 물은 많은 물질을 녹이기 때문에 이때 이용되는 용기의 성분도 약간 녹으므로 석영용기 또는 주석용기 등을 이용하여 그것을 막는다. 그래도 완전히 불순물이 제거되지 않는 경우가 많으므로, 주로 증류수에 과망간산칼륨을 첨가하여 재증류한다. 이온교환수지를 이용하여 염류를 제거하는 방법은, 수소형 강산성양이온교환수지로 제거해야 할 양이온을 H 와, 수산형 강염기성음이온교환수지로 제거해야 할 음이온을 OH 와 교환하여 불순물을 제거하는 정제법이다. 이 방법으로 정제한 물을 탈이온수라고 하는 경우도 있다. 이와 같이 증류수나 탈이온수는 신중하게 만들면 아주 순수한 물이 얻어지지만 어느 정도 용해물질이 남는 것이 보통이다. 염류를 제거하려면 증류법보다도 이온교환수지를 이용하는 편이 유리하지만, 이 경우에는 수지 중의 유기물이 어느 정도 녹아 나오는 경우가 많다. 염류의 제거 정도, 즉 순수한 물이 되는 정도는 염류의 용해가 약간이므로 물의 비저항(比低抗)을 재서 나타내는 경우가 많다. 일반적으로 비저항 10×10 Ω ㎝ 이상의 순수는 물전기분해용 등에 이용되고, 비저항 100×10 Ω ㎝ 이상의 순도가 더 높은 것은 고압기관용수·원자로용수 등에 이용된다. 비저항 100×10 Ω ㎝ 이상의 순수는 용액의 전도율 측정에 이용될 정도의 순수한 것으로 ＜전도도수(傳導度數)＞라 한다. 현재는 이온교환수지를 이용하여 1800×10 Ω ㎝의 순수가 얻어진다.

수용액

물분자는 모양에서 알 수 있듯이 쌍극자로 되어 있다〔그림 4〕. 즉 산소 O는 2개의 수소 H와 공유결합에 의해 그 원자가를 만족시키고 있는데, 공유결합에 사용되지 않은 2개의 비공유전자쌍은 O와 H의 결합방향과는 반대쪽에 있으며, 분자 전체는 전기적으로 중성이더라도 O원자 쪽은 전기적으로 음, 2개의 H원자 쪽은 양, 따라서 쌍극자를 만들고 있다. 이것에 의해 물분자의 유전율(誘電率)은 대단히 크며 이외의 다른 액체에 비해 가장 크다. 또 물분자의 O-H결합은 전기음성이 강하고 또한 결합에 사용할 수 있는 궤도의 여유가 있는 원자를 가진 분자와는 수소결합을 잘 만든다. 이러한 까닭으로 대단히 많은 이온 또는 분자와 큰 친화력을 가지고 있으며 여러 가지 물질과 섞이기 쉽고, 많은 물질을 녹이게 되어 가장 우수한 용매로서 알려져 있다. 예를 들면 염화나트륨 NaCl이나 브롬화칼륨 KBr 등과 같은 이온 결정은 물에 잘 녹는다. NaCl의 결정에서는 나트륨이온 Na 와 염소이온 Cl 는 3차원입방격자로 늘어서 있으므로 결정 속에서의 결합력은 Na 와 Cl 사이의 정전기인력이 주된 것이다. 이것을 1쌍의 Na 와 Cl 사이의 정전기인력으로 나타내면 그 인력 는



이다. 는 Na 와 Cl 의 거리이며 이 경우는 2.81Å 는 전기량으로 이 경우 전자 1개의 전하에 상당한다. 또 은 매체의 유전율이며 이 경우 양 이온 사이에는 아무것도 존재하지 않으므로 진공의 유전율이 된다. 이 결정을 물 속에 넣으면 물분자의 열운동으로 양 이온 사이에 물분자가 오면 물분자의 유전율 과 진공의 유전율 의 비가 / ＝1/80인 것에 의해 는 약 1/80이 되어 극단적으로 작아진다. 그 때문에 격자를 유지할 수 없게 되며 Na 와 Cl 가 격자 밖의 물로 끌려 나가게 된다. 이때 물분자는 쌍극자이므로 Na 에 대해서 몇 개의 물분자의 음부분, 즉 O원자가 Na 에 배향하여 둘러싸고, Na 를 물 속에서 지지한다〔그림 5〕. 음이온의 Cl 에 대해서도 마찬가지로 물분자의 쌍극자의 양부분이 배향하여 물 속에서 섞이게 된다. 이 상태가 물에 용해된 상태라고 추측된다. 이때 예를 들면 Na 에 배향하는 물분자의 수는 상온에서 4∼6개라고 한다. 이것에 대해 수정 SiO 나 황화아연 ZnS 등과 같은 결정에서는 Si-O 또는 Zn-S 사이의 결합은 이온성보다 공유성이 상당히 강하며, 결합에 정전기인력이 관여하는 정도가 적으므로 물분자로 결합을 약하게 할 수 없기 때문에 용해되지 않는다. 또 설탕의 결정은 설탕분자 C H O 이 －OH기에 의한 수소결합에 의해 3차원적으로 연결된 것이며, 물분자는 설탕분자와 수소결합에 의한 친화력으로 에워싸서, 설탕을 녹이게 된다. 이것에 대해 나프탈렌이나 파라핀이 물에 전혀 녹지 않는 것은 이들이 탄화수소이어서 물분자에 대해 친화력이 없기 때문이다. 액체에서도 마찬가지여서, 석유(가솔린이나 등유 등)·벤젠 등은 물과 섞어도 분리되어 녹지 않는다. 이것은 물분자와의 사이에 수소결합을 만드는 상대원자가 존재하지 않으며, 친화력이 없기 때문이다. 이것에 대해 에탄올(에틸알코올) CH CH OH는 물과 임의의 비율로 섞인다. 에탄올분자의 -OH기는 물분자와 수소결합을 아주 쉽게 만들 수 있기 때문이다.

결정수

물은 많은 물질을 잘 용하는데, 그것들의 수용액에서 그 물질의 결정을 꺼내면 일정한 비율의 물을 함유한 결정이 얻어지는 경우가 있다. 이때의 물을 일반적으로 결정수라 한다. 일정한 비율, 즉 화학량론적인 일정비를 취하지 못하는 경우도 있으나, 그것은 결정 안에서의 격자구조에 본질적인 변화가 보이지 않는 불석수(沸石水)의 경우나, 기체분자를 얼음의 결정격자 속에 가둔 클래스레이트화합물인 경우이다. 이와 같이 일반적으로 결정수라 할 때는 화학량론적인 일정비의 물을 포함한 화합물을 가리키며 구조 및 결합상태에 따라 격자수·배위수·구조수 등으로 구별하는 것이 보통이다.

이상수(異常水)

보통 물과 대단히 다른 성질을 가진 물을 말한다. 고압하의 얼음처럼 비정상적인 성질을 나타내는 경우도 있다. 잘 알려져 있는 것은 자화수(磁化水)와 폴리워터이다. 자화수라는 것은 물을 자기장 속에 놓고 처리한 물로서, 예를 들면 천연수를 자화시킨 물은 부유선광에 이용하면 효율이 높다든가, 보일러 속에서의 관석침전(罐石沈澱)이 보통의 경우와 다르다고 한다. 다만 이러한 물이 어떻게 해서 달라졌는지는 확실하지 않다. 폴리워터는 1965년 소련의 계면화학자 B.V. 데랴긴이 최초로 그 존재를 보고한 것이다. 그는 안지름 2/100㎜ 정도의 아주 가는 석영관 속에서 포화수증기로부터 물을 응축시키면 보통의 물과는 전혀 성질이 다른 이상수(anomalous water), 즉 ＜물Ⅱ＞를 만든다고 했다. 그에 의하면 ＜이 물은 비중이 약 1.4이고, 표면장력 및 점성이 높으며 수증기압이 낮다. 또 저온에서도 얼지 않으며 보통 물과 섞어도 온도에 따라 2층으로 나뉘기도 하고 섞이기도 한다. 분자량은 보통 물의 4∼10배이며, 700℃에서 증류할 수 있으나 800℃에서는 보통의 물이 된다＞고 한다. 이것에 대해 많은 화학자가 흥미를 갖고 각종 검사를 하였는데 불순물에 의한 오인으로 밝혀졌다.

물의 이용

한국의 수자원

한국에는 연중 1159㎜의 비가 내리며 월평균강수량은 96.9㎜이다. 수자원 보존량은 국토면적 9만 9000㎢, 연평균강수량 1159㎜로 계산할 때 연간 총 1140억㎥이다. 이 가운데 42％에 해당하는 478억㎥가 증발로 손실되고, 총유출과 비이용수량을 제외한 실제 이용수량은 161억㎥이다.

생활용수

생활용수란 인간이 살아가는 데 있어서 음료·요리·세탁·목욕 등 일상 생활에 필요한 물이며, 음료수나 음식물 성분으로서 인체에 직접 섭취되는 것과 세탁·목욕과 같이 간접적으로 이용되는 것으로 나눌 수 있다. 그러므로 생활용수는 병원균과 인체에 유독한 성분이 포함되지 않아야 하며 물리적·화학적 성질로는 색·냄새·맛 등이 불량하여 불쾌감을 주어서는 안된다.

농업용수

토양이 그 기반으로서의 역할을 다하기 위해서는 반드시 물이 있어야 한다. 한국의 농업기반조성 사업에 의하면 국토면적 가운데에서 22％에 해당하는 218만㏊가 농경지이고, 66％인 655만㏊가 임야이며, 나머지 12％인 117만㏊가 도로·하천·택지 등이다. 농경지에 이용되는 농업용수는 연간 108억㎥로 총이용수량의 67％를 차지한다. 이러한 농업용수는 간척사업으로 인한 농지의 확장과 전작(田作)의 관개화 등으로 수요가 증가하고 있다.

공업용수, 수질오염 및 대책

도시가 발달하고 문화수준이 향상되면서 주거지역과 공업지역이 분리되고, 공업의 규모가 확대되면서 생산활동에 필요한 공업용수가 생활용수와는 별도로 취급되게 되었다. 한국은 1960년대 후반부터 공업화정책에 치중하기 시작하여 전국에 많은 공업단지들을 조성하였고, 이들 지역에 대한 공업용수공급을 위해 전용 용수시설을 건설했거나 계획하고 있다. 지금까지는 공업용수로서 이용되고 있는 것이 7억㎥로서 총이용수량의 4％ 정도에 불과하나 그 수요는 급증할 것으로 예상된다. 생활용수와 공업용수로 사용된 뒤 하천으로 배수되는 생활하수 및 산업폐수는 공중위생상 위험한 오염의 원인이 되고 있을 뿐만 아니라 이들의 재사용이 불가능하게 된다. 물의 이용도가 증가함에 따라 하천의 오탁도가 증가하고 하천의 유량은 감소하며, 이로 인하여 하천수질의 오염농도는 허용한계 이상으로 높아지고 있다. 이에 대한 해결책은 오물의 처리와 폐기에 의해서 오염물을 배제시키는 것이다. 그러나 경우에 따라서는 오물처리 및 폐기만으로 해결이 불가능하고 허용기준치 이하로 희석하기 위해서는 충분한 물을 공급해야 한다. 따라서 수질오염의 방지대책으로서 각 공장에는 처리시설을 설치하도록 행정력을 강화하고 있으며, 주요 도시 및 공단 내에는 하수종말처리장을 설치하여 오물처리와 폐기를 실시하고 있다. 그러나 갈수시(渴水時)에 하천유수량이 적을 경우는 하천수질이 악화되어 처리시설만으로는 근본적인 해결이 어렵다. 그러므로 주요 하천의 지점마다 수질기준을 설정하여 이에 대한 감시와 함께 하천 상류부에 저수지나 댐 등을 이용하여 하천수지용수를 공급하고 있다.

동력원

수력 이용의 최초의 예는 나무로 만든 수차(水車)를 하천이나 운하의 유수에 의해 이용한 것이다. 철제 수차의 발명과 전력수송의 장거리화가 이루어짐에 따라 수력은 동력원으로서 매우 중요한 위치를 차지하게 되었다. 특히 수력발전은 용수공급을 위한 댐에서 방류되는 물을 이용하여 발전을 하게 되므로 자원의 다목적 이용 효과와 수문순환과정에서 오는 수자원의 무한한 재이용 등 때문에 물은 다른 동력원에 비해 매우 경제적이다.

민속신앙과 물

민속신앙에서 물은 매우 큰 구실을 하고 있다. 물은 생명력과 풍요의 원리, 정화력으로서 섬겨지면서 독특한 종교적 기능을 발휘할 수 있었다. 물의 생명력이나 풍요의 원리는 용으로 표상되기도 하였는데 용신·용왕은 용으로 관념화된 수신(水神)이었다. 오늘날에도 농부들이 논두렁에서 ＜용왕먹이기＞를 하고 있는 것은 수신에게 풍요를 빌기 위해서이다. 물할미의 물로 관념화된 약수도 마찬가지여서 물의 생명력에서 당연히 의술적인 치유력이 유추될 수 있었던 것이다. 한편 물은 불과 함께 정화력을 가지고 있다고 여겨져서 부정(不淨)물림이 되었다. 바가지에 담긴 찬 물을 세 번 흩뿌리거나 심마니들이 산삼을 캐러 떠나기 전에 목욕재계하는 등의 행위는 대표적인 정화의 주술이었다. 특히 정화수는 맑음 그 자체로서 치성을 드리는 사람의 정성을 표상하는 것으로 생각되기도 하였는데, 부엌신에게 바치는 조왕주발은 그 예의 하나이다. 물의 종교적인 정화력은 기독교의 세례나 영세, 불교의 관욕 등에서도 표현되고 있다. 물이 지닌 청정력과 생명력이 통합적으로 믿음의 대상이 되면서 각종 신흥종교들이 물에 대한 신앙을 수용하여 ＜물법신앙＞ 또는 ＜찬물신앙＞이 형성되었다.

 

[백과사전 펌]

[초롱꽃]

너이글 독자 몇명이라고 생각하냐? 넌안읽는다고 안그래도 노안이 오기 시작하는 울 친구들 쥑일일잇냐? 난 안읽는다,,, 아주 심심하면 모를까..

[수선화]

초롱아, 지루하고 심심해도 절대로 읽지마. 눈물이 주르륵 쏟아진다.ㅋㅋ

[회몽]

ㅎㅎ 나도 아직 안 읽었어.. 걍 퍼다 붙인거야.

[초롱꽃]

자수하니 착하구나,, 그래도 그냥둬라,, 물에대해 궁금한친구들에겐 도움이 될테니,,

[양주댁]

쥐가 아니라 기절 하겠다. 깨꼬닥~~

[수선화]

양주야, 지금은 깨어났지?

[마세]

ㅋㅋ 회몽이가 나를 물멕이고 있네.. 어지러워 죽겠다..ㅎㅎ

[수선화]

마세야, 지금도 돌고 있니?

[돌수]

너 옆에 있음 외약다리 걸어 버리고 싶다. 다행히 초반에 포기했다.

[회몽]

이런 죄는 공소시효가 얼마나 되냐?? 만료될 때까지 잠수타게.. ㅋㅋ

[수선화]

돌수야, 엄청난 집중력이 필요하더구나. 초반 포기는 현명한 결정이야.^^*

[옹달샘]

완전 물상 시간이구먼... 머리아퍼...회몽아!! 나 돌게할래?

[수선화]

옹달샘아, 물상 시간이 아니라 악몽의 시간이야.ㅋㅋ^^*

[타켓]

회몽을 노인네 희롱죄 및 업무방해죄로 체포한다.

[수선화]

그래도 타켓이 제법 똑똑한(?) 측에 속한다고 해도 괜찮겠지?

[들개]

쥐나서 머리 박고 또마신다. 에궁..다섯번 다 읽었다....눈에 물나오네.ㅋㅋ

[수선화]

들개야, 역시 명징하고 활발한 두뇌 활동도 체력의 바탕이야.^^*

[카오스]

필요할때마다 꺼내서 조금식 읽어야겠다

[수선화]

카오스야, 네겐 감동과 영감을 주는 글이니 꼭 읽어보거라.ㅋㅋ^^*

[country boy]

오팔아 읽었냐 ?

[수선화]

country boy야, 넌 읽었니?

[신작로]

수선화야 읽었냐

[수선화]

넌 절대로 읽지마. 무시무시해ㅋㅋ^^*

[수선화]

회몽아, 성의가 고마워서 억지로 참으며 잘 읽어 보려고 노력했어. 그런데 도통 무슨 뜻인지 알 수가 없구나. 눈도 아프고 등도 아프다. 25分..^^*

[신작로]

반 정도 읽었다 나머진 내일 읽어야지

[신작로]

참고로 우리 나라는 절대로 물 부족국가가 아니다 미국에 어떤 멍청한 여성 통계학자가 그냥 유엔에보고하면서 한국 음 거긴 물부족 국가여 그래서 그렇게 분류된거니까 염려 붙들어매도 좋다는게 신작로 의견이다 한강물 마를것 같냐 낙동강물 줄어들것 같냐

[옹달샘]

그래서 우리나라에 유일하게 수자원이 있잖아 우리나라는 물이 자원이다.ㅋㅋㅋ