무지개 액체탑 쌓기의 비결은?

[정형진 (3-1)]

무지개 액체탑 쌓기의 비결은?

무지개 액체탑 쌓기 실험의 원리는 농도와 밀도입니다.

농도와 밀도는 무엇일까요?

먼저, 간단하게 말하면 농도는 일정 부피에 용해된 용질의 양을 나타낸 것입니다.

예를 들어, 100g의 물에 설탕 1g이 녹아있다면 설탕물의 농도는 1%가 됩니다.

밀도는 단위 부피당 질량입니다.

무슨 말이냐고요?

더 자세히 알아보겠습니다.

먼저, 스포이트를 이용하여 왼쪽 첫 번째 시험관에 빨간 색소물을 1ml 넣고, 다음 시험관에 2ml, 그 다음 시험관에 3ml 넣습니다.

그리고 색소물이 담긴 시험관에 물을 채워 모두 똑같이 10ml 정도가 되도록 합니다.

여기서, 가장 농도가 높은 시험관은 어디일까요?

바로, 세 번째 시험관입니다.

그 이유는 가장 진하고, 색소물을 가장 많이 넣었기 때문입니다.

농도는 일정한 영역 내에 존재하는 물질의 양을 말합니다.

농도는 모든 종류의 혼합물에 적용되지만, 화학에서는 일반적으로 용액에 존재하는 용질의 상대적인 양을 말합니다.

(출처 : 네이버 화학백과)

농도의 농(濃)은 "짙을 농"자로, 얼마나 진하고 묽은지를 나타내는 것입니다.

(이미지 출처 : 나)

희석액은 용질이 낮은 비율로 녹아 있는 용액을 말하는 것이고,

반대로 농축액은 용질이 높은 비율로 녹아 있는 용액을 말하는 것입니다.

용액은 두 가지 이상의 물질이 균일하게 섞여 있는 물질이기 때문에 공기와 같은 기체도 용액에 포함됩니다.

따라서 미세먼지는 대기 중 물질이 포함되어 있는 정도로 표시하기 때문에 농도를 사용합니다.

즉, 미세먼지 농도를 '125㎍/㎥'와 같이 표현하는데,

이것은 1㎥(1세제곱 미터, 즉 가로, 세로, 높이가 1미터)에 미세먼지가 125㎍ 만큼 있다는 것을 뜻합니다.

( ㎍ (마이크로그램) 1 ㎍은 100만 분의 1 g을 말한다.)

(출처 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6124850&cid=66878&categoryId=66878)

그럼 이제 밀도를 알아보겠습니다.

무지개 액체탑 쌓기가 가능했던 이유는 바로 밀도 때문입니다!

(이미지 출처 : 나)

밀도는 일정한 면적에 무엇이 들어있는 정도를 말합니다(=빽빽한 정도).

(이미지 출처 : 네이버 지식백과 - 밀도 _ 초등과학 개념사전)

철과 나무로 똑같은 크기의 정육면체를 만들면, 철과 나무의 부피는 같습니다.

하지만 이것을 저울에 달아 보면 철이 나무보다 훨씬 무겁다는 것을 알 수 있습니다.

이처럼 단위 부피에 대한 질량의 크기를 밀도라고 합니다.

부피는 같더라도 철은 무거우므로 밀도가 크고, 나무는 가벼우므로 밀도가 작습니다.

따라서 물에 넣었을 때, 물보다 밀도가 큰 철은 가라앉고, 물보다 밀도가 작은 나무는 뜨는 것입니다.

밀도가 클수록 용액의 아래쪽에 있습니다.

기름과 물이 섞이지 않는 이유는 극성과 무극성 때문이지만, 물 위에 기름이 뜨는 이유는 기름보다 물의 밀도가 더 크기 때문입니다.

(물은 4℃에서 밀도가 가장 큽니다.)

그런데 색소는 왜 넣는 것일까요?

물론 무지개처럼 나타나는 색깔을 보기 위해서도 있지만,

무지개 액체탑을 쌓을 때 색소를 넣는 이유는 층이 분리되는 것을 눈으로 잘 관찰하기 위해서입니다.

밀도가 클수록 아래쪽에 있는데, 무지개 액체탑을 쌓을 때 설탕을 가장 많이 넣은 용액부터 넣은 이유가 밀도가 크기 때문이었습니다!

만약 설탕물을 넣는 순서를 거꾸로 해서 액체탑을 쌓으면 어떻게 될까요?

위 사진처럼 층이 분리되지 않고 다 섞여버립니다.

또는 무지개 액체탑을 쌓고 오랜 시간 놔두면 설탕물이 섞여서 색이 다 섞여버립니다.