'가볍고 무겁고', 물에도 종류가 있다!..처음 풀린 비밀/물의 비중

[정론직필]

'가볍고 무겁고', 물에도 종류가 있다!..처음 풀린 비밀

정구희 기자 입력 2017.12.22 21:24 수정 2017.12.22 21:57

<앵커>

포항에 초거대 현미경인 4세대 방사광 가속기가 있습니다. 이 첨단 기기를 통해 지금까지 증명된 적이 없었던 물에 대한 의문점이 처음 풀렸습니다.

물에 가벼운 물, 무거운 물 두 가지 종류가 있다는 건데 정구희 기자가 보도합니다.

<기자>

한겨울에 호수는 꽁꽁 얼어도 그 아래서 물고기는 유유히 헤엄쳐 다닙니다.

물은 왜 위부터 얼까? 영하로 떨어진 차가운 공기에 닿아서만은 아닙니다.

다른 액체는 위가 따뜻하고 아래는 차가워 위아래가 거의 동시에 얼지만 유독 물만 위가 얼어도 아래는 섭씨 4도를 유지합니다.

[앤더스 닐슨/스톡홀름대 교수 : 가장 이상한 건 컵 바닥에도 4℃의 물이 깔려 있다는 것입니다.]

물은 섭씨 4도에서 가장 무겁다는 건 알았지만 그 원인을 밝혀내지 못했습니다.

포항공대와 스톡홀름대 연구진이 길이 700m가 넘는 방사광 가속기로 엄청나게 밝은 빛을 만들어 물에 통과시켰습니다.

물의 구조를 관측한 결과, 물은 무거운 것과 가벼운 것 2종류가 있다는 걸 입증했습니다.

원자 사이의 거리가 가까워 밀도가 높으면 무거워지고 반대로 거리가 멀어 밀도가 낮으면 가벼워진다는 겁니다.

이런 물 구조의 변화는 섭씨 4도를 기점으로 나타납니다. 물이 얼면 부피가 늘어나는 이유도 원자간 거리와 관련이 있습니다.

[박용준/포항가속기연구소 박사 : 일본에서도 여러 해 동안 실험했지만 결론 내지 못했었고요. 포항 가속기에서 1번 실험으로 좋은 결과를 내서 (사이언스지에 실렸습니다.)]

과학자들은 방사광 가속기가 앞으로도 원자 단위의 궁금증을 해결해 신소재나 신약 개발에 기여할 것으로 보고 있습니다.

http://v.media.daum.net/v/20171222212402233

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오묘한 물의 성질..얼음 낚시가 가능한 이유

강찬수 입력 2017.12.23 05:00 수정 2017.12.23 10:38

물은 다른 물질에 비해 비열(比熱, specific heat capacity)이나 증발열(蒸發熱, heat of vaporization)이 크다. 물 분자들 사이에 수소결합(hydrogen bonding)이 존재하기 때문이다. 물을 이루는 산소 원자가 수소 원자보다 전자를 잡아당기는 힘이 크기 때문에 산소 원자는 음의 전하를, 수소 원자는 양의 전하를 띠게 된다. 그래서 수소-산소…수소-산소-수소(수소결합은 …로 표시) 형태의 수소결합이 만들어져 물 분자는 서로 강하게 붙들게 된다. 높은 비열이나 증발열은 지구온난화를 완화하는 역할을 하기도 한다. 대기보다 바닷물은 온도 변화 없이 1000배의 열을 흡수할 수 있다. 지구온난화를 일으키는 열의 80~90%를 바닷물이 흡수한다. 

수소결합은 식물에도 도움이 된다. 식물은 뿌리로부터 잎까지 물을 올려보내야 한다. 수소결합은 물이 높은 표면장력을 갖도록 하고, 덕분에 모세관 현상이 가능하게 한다. 표면장력은 물 분자들이 서로 뭉쳐 표면적을 줄이려는 힘을 말한다. 표면의 물 분자들은 아래쪽으로만 힘이 작용하므로 이 불균형을 해소하기 위해 서로 뭉치게 된다. 이슬방울이 둥글게 맺히는 것도 바로 이 표면장력 때문이다.

http://v.media.daum.net/v/20171223050053356

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물의 비중과 온도와의 관계 그래프

http://dhghtjrdl.blog.me/221086392248

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물로 무지개탑 쌓기

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. 

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. 

해양 심층수는 표층수에 비해 염도와 미네랄 함유량이 더 높고 낮은 온도때문에 밀도가 높다. 햇빛이 도달하지 않는 심해저에서 2℃ 이하의 차가운 온도와 높은 수압, 그리고 물속에 섞어 있는 다양한 미네랄 성분 때문에 비중이 바닷물에 비해 매우 높은 것이다. 이 때문에 바닷물과 섞이지 않고 바다 깊은 곳에서 흐르게 된다.

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

http://100.daum.net/encyclopedia/view/73XXXXKS3789

물의 비중이 단지 가볍거나 무거운 두 종류만이 있다는 표현은

아마도 잘못된 표현인 것 같고....

물의 비중과 온도와의 관계에 대한 위 도표 그래프를 보면....

물의 무겁고 가벼움에 대한 차이가....아마도 연속적이라고 할만큼

무수한 종류들이 있을 것 같습니다.

즉, 물분자의 산소와 수소들 사이의 거리가

매우 다양하게 많을 것 같습니다.

[영남일보]<물 좋은 곳에 병든 몸 없다>水多-동의보감에 물 종류 33가지

물은 그 종류만 해도 여러가지다. 동의보감을 보면 물의 종류를 33가지로 구분한다. 

우리네 어머니가 자식의 건강과 안전을 위해 떠놓고 비는 '정화수'는 새벽에 제일 먼저 뜨는 우물물로, 입냄새를 없애고 술 마신 뒤 해장에도 좋다. '옥정수'는 옥이 있는 곳에서 나오는 샘물인데, 피부가 좋아지고 윤기가 생긴다. 물에 옥을 하루 정도 넣은 후에 마셔도 효과는 비슷하다고 한다. '벽해수'는 짠 바닷물을 말한다. 최근 국내에서도 후끈 달아오르고 있는 심층수를 뜻하는데, 바닷물 속 200m에 있는 물을 정수한 것. 

'지장수'는 누런 황톳물을 말한다. 몸에 있는 중금속이나 노폐물을 해독하는 데 좋다. 좋은 황토가 있는 땅에 구덩이를 파고 물을 붓는다. 기다렸다가 맑아진 윗물을 떠서 마신다. 집에서는 물 1ℓ에 좋은 황토를 가라앉힌 후 하루 정도 지나서 윗물을 떠 마시면 된다. 황토팩은 심한 뾰루지나 종기에 효과가 있다. '증기수'는 밥을 찔 때 뚜껑에 맺힌 물이다. 이 물을 마시면 머리카락이 자라고 까맣고 윤기가 난다. 이 물로 머리를 감으면 탈모나 거친 머릿결에 좋다. 

이밖에 '온천수'는 모든 풍병의 근골 수축과 완선·반신불수를 다스리며, '반천하수'는 나무 구멍 속에 고인 물인데, 창종을 씻으면 도움이 된다. 또 '우박녹은 물'은 장맛이 나쁠 때 넣으면 맛이 좋아진다. 입춘에 내린 빗물을 일컫는 '입춘우수'는 부부가 한 잔씩 마시고 합방하면 임신이 순조롭다. 

차를 우리는 물의 종류는 다양하다. 육우의 '다경'에 이르기를 '산에서 나는 물은 상등품이요. 강에서 나는 물은 중등품이요. 우물물은 최하위품'이라고 했다. '유천(乳泉)'은 모든 생명을 기르는 젖과 같이 좋은 샘물을 말한다. 옛날 이야기에 전해져 내려오는 물은 이제 찾을 수 없는 현실이다. 알칼리수다, 이온수다 해서 정수기로 걸러낸 물이 있다. 오랜 기간 차를 마셔 오면서 물에 대한 고민을 많이 했다. 그런 가운데 경험을 바탕으로 말한다면 많은 정수기나 숨쉬는 독 항아리에 넣은 물 중에서는 그래도 '항아리 속에 옥이나 숯덩이를 넣어 하루를 재운 물'이 괜찮은 편이었다. 차 맛을 더 좋게 한 물은 '합금으로 만든 방짜에 하루를 재워둔 물'이 아주 좋았던 듯 하다. 

(오영환·푸른차문화연구원장) 

■ 한의사는? 소양인 시원한 물…소음인 따뜻한 물 마셔야 

물은 사람의 몸 속에서 혈액을 맑게 하여 그 순환을 원활하게 할 뿐 아니라 우리 몸의 영양분을 흡수하여 운반하는 중요한 역할을 한다. 또한 물은 우리 몸속의 불필요한 노폐물을 소변, 대변, 땀 등으로 배출시키는 활동을하면서 체온조절을 하기도 한다. 한의학적으로 볼 때 물은 각 사람의 체질에 따라 마시는 온도와 양이 다르다. 물을 제대로, 잘 섭취함으로써 건강한 삶으로 한 발 다가선다. 일반적으로 활동량이 많고 열이 많은 소양체질은 시원한 물을, 체구가 크고 땀이 많고 위장 기능이 좋은 태음체질은 찬물, 더운물 가리지 않고 많이 마시며, 소화기능이 약하고 냉한 체질인 소음인은 따뜻한 물을 마시는 것이 좋다. 

(김종호·한의사) 

위 얘기는....아마도 물만이 그렇게 온도 등에 따라 달라지는 것이 아니라

모든 물질들도 그와같이 온도 등에 따라 부피와 밀도 등이 달라지는 것이 아닐까

추측됩니다.

남성성과 여성성의 강도가 사람마다 다르다.

저 위 물 비중과 온도 도표에서 4도의 물 비중이 가장 높듯이

남성과 여성들 중에도 남성성이나 여성성이 매우 강한 사람들이 있는 반면에

남성이지만 강한 여성성을 가진 사람들도 있고, 여성이지만 남성성이

상당히 강한 여성도 있음을 우리는 알고 있지요.

그건 아마도 남성이나 여성은 각각 서로 다른 성의 호르몬도 함께 분비된다는데...

예컨대, 몸은 남성이지만....여성 호르몬이 과도하게 분비되는 사람은

아마도 스스로를 여성이라고 생각하고, 반대로 그런 여성은 스스로를 남성이라고

생각하여 성전환수술을 하게 되는 것이 아닐까 추측됩니다.

소위 말하는 "트랜스젠더"라는 사람들이지요.

그런데....그것이 각 개인들의 의지로 그렇게 되는 것이 아니라

조물주가 그렇게 서로 다른 사람들로 만들어 둔 것이라고 생각됩니다.

그건 마치 똑같운 물 같지만....그러나 온도와 기압에 따라

그 무게, 즉, 비중이 천차만별로 달라져 매우 많은 물 종류들이

존재하듯이 말입니다.

즉, 트랜스젠더든, 남성성이나 여성성이 유난히 강한 사람들이든

그 모든 자연현상들이....조물주가 그렇게 만들어 둔 것이라고 봅니다.

암튼, 물의 밀도, 즉, 비중이나 무게, 부피 등이 온도와 기압에 따라

그와같이 천차만별로 다르다는 것을....솔직히 오늘 처음 알았습니다.

그런데 전통적인 한방에서는 이미 아주 오래전부터

물의 종류가 매우 많다는 얘기를 해온 터이지요.

그들은 도대체 어떤 방법으로 무거운 물과 가벼운 물을

구분할 수 있었던 것인지? 지금 생각해보니 상당히 신기하게

느껴지네요.

[물만먹자]

겨울에 '고여있는 물'을 보면 가장 맑아보입니다.(여름에 비해...이유가 중요해보이나 모르겠습니다.)
그리고 100도가 아니더라도 물은 기화합니다.
봄에 아지랑이등등(이것도 중요해 보이는데 모르겠습니다.)
자본주의에서의 과학이 제대로 연구되지 않고 있다는 느낌입니다.
그런 차이가 차원이 다른 북의 무기체계를 발전시킨게 아닌가 하는 생각을 해봅니다.
추론입니다.

[숲길]

대기중의 산소가 물속으로
들어가 순환을 하고 있는데 겨울에 대기압의 영향으로 더 쉽게
들어가 겨울의 물이 가장 맑아 진다고 하는 것 같습니다.
여름에는 고온으로 이 압력이 떨어져 겨울보다 산소교환이 적어 탁해진다고 합니다.

물도 그냥 그대로 가만히 있는 것이 아니라 대기의 산소와 끊임없이 교류운동을 하고 있다고
현재의 대기관련과목에서도 가르치고 있습니다.

[강촌인]

물만 먹자님,숲길님 주제 넙은 야기지만
물이 100도에서 끓고 0도에서 언다는 것은 일반상태고(1기압)
진공 상태로 가면 섭씨4도에서도 상변화(액상 →기상)가 일어남니다.
이 원리를 이용한 것 "흡수식 냉동기"입니다(시중에서는 냉온수기)

물의 용해도는 기체는 온도가 낮을수록 압력이 높을 수록 많이 녹아 듭니다
(사이다 콜라병은 찬곳에 보관)
고체일때에는 온도가 높을수록 많이 녹습니다
(소금과 설탕은 더운물에 잘 녹음)

수질은 대체로 경수(센물)연수(단물)로 구분하고
이는 물에 녹아있는 Ca이온 함량이라 봐도 무방하고
위에서 다루지 않은 심층의 지하수나 빙하수 즉 고압의 압력을 받은 물은
언급이 없네요 일명 "육각수"

[물만먹자]

진공이 아닌 대기중에서의 상변화(기화)가 일어나는 가요?
상변화가 일어나는 것으로 봐서요.

[강촌인]

일어납니다
겨울철 방안에 물그릇을 놓아두면 물이 줄어드는 것이 액체에서
기체로 변해 공기중 썪이기 때문에 습도가 올라 가는 것입니다
이때에는 표면에 일어나기 땜에 증발이라 하고
속에서도 일어 날때를 비등이라 합니다
높은산에서 밥이 않되는 것은 기압이 낮아
섭씨 100도 이하에서 비등하기 땜에 밥이
설됩니다