안녕하세요, 블로그 지기입니다. 꽃 피는 4월은 봄 날씨가 완연한 계절이죠. 그렇지만 저에게 4월은 ‘과학의 달’로 더 익숙한데요. 지난 4월 21일은 ‘과학의 날’이었습니다! 학창시절엔 이맘때쯤 물 로켓 날리기, 행글라이더 만들기 그리고 과학 경진대회 같은 많은 과학 활동들을 하곤 했죠. 그런데, 여러분 그거 아시나요? 우리는 방구석에서도 화학자가 될 수 있다는 것을요! 집에서 할 수 있는 재미난 실험은 무엇이 있을까요?
01
혼합물의 밀도 실험
첫번째 실험은 마법 같은 공중부양 실험입니다. 우리가 물에 계란을 넣으면 어떻게 될까요? 바로, 가라앉겠죠! 당연합니다. 세상 만물은 중력을 받고 있으며 물의 부력으로는 계란을 밀어 올릴 수 없습니다. 그렇다면, 물 위에 뜨는 계란은 존재할 수 없는 것일까요? 물에 소금을 탄다면, 가능합니다! 바로 밀도 차이를 이용하는거죠.
밀도는 질량을 부피로 나눈 값으로 단위 부피당 질량이라고 할 수 있습니다. 같은 부피의 철과 솜이 있다면, 철은 밀도가 높아 무겁고, 솜은 밀도가 낮아 가볍죠. 계란의 경우 물의 밀도보다 무거워 물 아래로 가라앉는 것입니다. 다만, 물에 소금을 많이 타게 되면 물 분자 사이사이가 소금으로 채워져 용액의 밀도가 높아지게 되고 결과적으로 계란을 들어 올릴 수 있게 됩니다.
밀도를 이용해 오래된 계란과 신선한 계란을 구분할 수도 있는데요. 오래된 계란일수록, 껍질의 구멍을 통해 수분이 빠져나가게 되고 빈자리를 공기가 채워 밀도가 낮아집니다. 때문에 동일한 농도의 소금물에서 신선한 계란이 가라앉을 때, 오래된 계란은 두둥실 떠오를 수 있습니다.
02
액체의 표면장력 실험
넓은 쟁반에 우유를 자작하게 붓고 잉크나 색소를 뿌립니다. 그리고 세제를 묻힌 이쑤시개를 우유에 톡 가져다 대면 어떤 일이 벌어질까요? 짜잔~ 잉크로 퍼지며 꽃이 피었네요! 왜 이런 현상이 발생하는 것일까요?
정답은 ‘표면장력’에 있습니다. 액체상의 물질은 액체 안의 퍼지려는 힘과 액체가 존재하는 공간의 기체가 밀어내려는 힘 사이에 표면을 형성하는데요. 이때 액체 표면이 동그랗게 유지되는 것이 바로 표면장력의 힘입니다.
우유는 물과 기름(유지방)이 동시에 존재하는 액체인데요. 물과 기름은 표면장력의 차이가 존재합니다. 세제는 계면활성제 성분이 들어가 기름을 녹이고 물과 섞이게 하는 역할을 하죠. 때문에 잉크를 뿌린 우유에 계면활성제 성분의 세제가 닿게 되면 기름이 물과 섞이면서 표면장력이 약해지게 됩니다. 덕분에 표면장력 차이로 퍼지지 않던 잉크가 꽃처럼 퍼지게 되는 현상이 발생합니다.
03
핵화 현상 실험
‘핵화현상’이란 서로 다른 물질이 만나서 화학반응을 일으켜 폭발하는 현상입니다. 폭발이라니… 이거 집에서 하기 안전한 실험 맞나요? 우리가 준비할 것은 단지 콜라와 멘토스 뿐! 콜라에 멘토스를 넣으면 ‘핵화현상’을 직접 체험할 수 있습니다.
콜라에는 ‘탄산’, 즉 엄청나게 많은 이산화탄소가 압력에 의해 농축되어 있는데요. 이 액체에 멘토스를 넣으면 멘토스 안에 있는 아스파탐, 아라비아고무가 콜라 안의 탄산과 반응해 일시적으로 표면장력을 약화시키게 됩니다. 약해진 표면장력은 농축되어 있던 이산화탄소를 잡지 못하고 배출하게 되죠. 게다가 멘토스는 매끈해 보이지만 사실 수많은 작은 구멍이 난 표면을 가지고 있는데요. 이 구멍을 통해 멘토스 안의 아스파탐, 아라비아고무 성분들이 콜라로 빠르게 이동하는 것을 도와 아주 큰 콜라 분수를 체험하실 수 있습니다. 이 실험을 할 때 주의해야할 점은 욕실이나 베란다처럼 청소가 쉬운 공간에서 진행해야 한다는 것! 모두 준비부터 마무리까지 깨끗한 실험 합시다~
04
원심 분리 실험
마지막으로 해볼 실험은 원심분리 실험입니다. 원심력을 이용해 용액의 입자를 분리해 내는 실험이죠. 앞서 우유가 물과 기름이 섞인 액체라고 소개 드렸는데, 기억하시나요? 우유는 기름인 ‘유지방 알갱이’가 미세하게 존재하는 액체입니다. 때문에 우유를 꼭꼭 씹어 마시면 유지방이 씹히며 고소함이 배가 되죠.
그렇다면 우유보다 유지방 비율이 높은 생크림을 원심분리 해 유지방 입자만 모을 수 있을까요? 네, 가능합니다! 우유나 생크림 속 유지방은 단백질 입자에 둘러 쌓여 있는데, 이 단백질 입자는 물과 친한 친수성 부분과 기름과 친한 친유성 부분으로 구성되어 있습니다. 페트병에 우유나 생크림을 넣고 흔들게 되면, 진동 때문에 지방 알갱이를 둘러싼 단백질 막이 깨지며 유지방끼리 달라붙게 됩니다. 단백질 막이 뒤집히며 유지방 안에 물 알갱이가 있는 형태로 변하죠. 이 상태에서 유지방 덩이를 치대며 공기, 수분을 빼주면 우리가 먹는 ‘버터’가 완성됩니다.
집에서 간단하게 할 수 있는 실험들을 소개해 드렸는데 어떠셨나요? 천재 발명왕 ‘에디슨’은 어릴 때 달걀을 부화시키기 위해 품고 있는 실험을 하는 등 호기심이 왕성한 아이였다고 하죠. 과학의 날을 맞아 쉽게 구할 수 있는 재료로 재미난 실험을 하면서 미래의 화학자가 되는 꿈을 키워 보시는 건 어떨까요?
종합 케미칼 & 에너지 리더,
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