2. 산성비에 대한 탐구학습

꼬리에 꼬리를 무는 의문해결

  • 확대
  • 축소

공통과학 교과서에는 환경단원 중 산성비라는 소단원이 들어있다. 이를 어떻게 학습하면 좋을까. 산성비의 기준은 어떻게 정할 수 있으며, 산성비가 어떤 과정을 거쳐 만들어질까. 차근차근 그 의문들을 풀어보자.

산성물질의 특성을 알아보려면

탄산음료 오렌지주스 레몬즙 자동차배터리액 개미가 흘리는 액, 이들의 공통점은 무엇일까. ‘모두 신맛이 난다’ 라고 결정하기엔 다소 무리가 있다. 아무리 생각해도 자동차의 배터리액을 맛 본 사람은 없을 테니까. 또 그것을 알려고 맛보려는 사람 또한 어리석다. 맛을 보아서 산성인지 알아보려는 것은 위험할 뿐 아니라 부정확한 방법이다.

간단하면서 가장 확실한 방법은 리트머스종이를 사용하는 것이다. 푸른 리트머스종이를 붉게 물들이는 물질이 산성이다. 위의 물질들은 모두 정도의 차이는 있지만 푸른 리트머스종이를 붉게 만드는 성질이 있다. 왜 그렇게 되는지 궁금할 것이다.

보통 순수한 물속에는 수소이온이 1천만분의 1 농도로 들어 있다. 그러나 산성을 나타내는 물질들에는 그것보다 많은 수의 수소이온이 들어있다. 이것을 기준으로 모든 물질은 산성과 알칼리성으로 나뉜다. 그리고 그것을 간단하게 알아볼 수 있는 방법은 바로 리트머스종이의 색깔이 어떻게 변하는지를 보는 것이다.

pH란 무엇인가

pH는 수용액 속에 들어있는 수소이온의 농도를 나타내는 단위이다. 위에서도 말했지만 수소이온 농도가 ‘1천만분의 1’ 이라는 말은 너무 사용하기 불편하다. 이것을 지수로 ${10}^{-7}$이라고 바꿔 사용하는 것도 마찬가지로 불편하다. 그래서 정의는 다소 복잡하지만 사용할 때 간편한 pH를 사용하게 된 것이다. pH는 다음과 같이 정의해 사용한다.
pH = - log [ H+ ]
보통 중성인 물의 경우 pH는 7이고 산성인 물질은 7보다 작고 알칼리성 물질은 pH가 7보다 크다.

산성비의 원인

산성비는 대기 중의 산성물질이 녹아있는 비로 pH가 5.6 이하인 경우를 말한다. 보통의 빗물은 공기 중의 이산화탄소가 녹아 pH가 7이 아니고 5.6이 된다. 따라서 보통 빗물보다 pH가 더 낮은 경우만을 산성비라고 한다.

산성비의 원인물질로는 대기 중에 존재하는 이산화황과 질소산화물을 들 수 있다. 이산화황은 수증기를 만나 아황산이 된다. 다음으로 아황산은 공기중의 산소와 결합해 황산이 된다.이렇게 만들어진 작은 황산 방울들이 뭉쳐 무거워지면 내리는 것이 산성비다. (자료1)을 보면 산성비가 내리는 과정을 쉽게 알 수 있다.
 

(자료1)산성비가 내리는과정(한샘출판교과서)(자료1)산성비가 내리는과정(한샘출판교과서)


우리나라에는 어떤 비가 내릴까

지금까지 산성비란 어떤 것이며 내리는 원인이 무엇인지 알아보았다. 그러면 직접 우리나라에 내리는 비가 지역적으로, 또 계절별로 어떤 특성을 가지고 내리는지 알아보자. (자료2)은 우리나라 주요 도시별 빗물의 pH를 연도별과 월별로 조사한 것이다.

이 표에서 지역별로 내리는 빗물의 pH를 읽어 보면 광주를 제외한 지역에서 산성비가 내리고 있음을 알 수 있다.

대도시뿐 아니라 농촌지역에서도 산성비가 내린다. 95년 1월 24일자 동아일보는 중부지방의 농촌에 연평균 pH가 4.70의 강산성 비가 내린다고 보도하고 있다. 이로 미뤄볼 때 우리나라 전역에서 산성비가 내리고 있다는 것을 알 수 있다. 신문의 과학면이나 과학잡지를 보면 이러한 뉴스를 자주 접할 수 있다.

주요 도시의 계절별 pH의 변화를 살펴 보면 모든 도시가 여름철에 내리는 산성비보다 겨울철에 내리는 산성눈의 pH가 더 낮게 나타났다. 그 이유는 겨울철에 연료 소모량이 많아 그만큼 산성물질을 대기 중에 많이 내보내기 때문이라고 생각된다.

산성눈은 산성비보다 식물에게 더 큰 피해를 준다. 비는 내리는 대로 흘러 강으로 가지만 눈은 식물곁에 오래 남아 장기적으로 영향을 미치기 때문이다.
 

(자료2)우리나라 주요 도시의 연도별 월별 빗물의 산성도(자료2)우리나라 주요 도시의 연도별 월별 빗물의 산성도


산성비에 의해 나팔꽃이 받는 피해 조사

전문적인 통계 자료를 이용해 우리나라에 내리는 산성비에 대해 조사할 수 있지만 집 근처에 내리는 비의 pH가 얼마나 되는지 간단하게 알아보는 방법이 있다.

나팔꽃은 표면을 덮고 있는 보호막이 약하기 때문에 산성비에 피해를 받기 쉽다. 비가 내리기 전후 며칠 동안 나팔꽃 잎의 앞뒷면을 조사해 보면 산성비에 의해 나팔꽃이 얼마나 피해를 입었는지 알 수 있다.

피해를 조사할 때 유의할 점은 먼저 대기오염에 의한 직접적 피해는 피해야 한다. 그렇게 하려면 교통량이 많은 도로에서 적어도 1백m 이상 떨어진 꽃밭의 나팔꽃을 대상으로 조사해야 한다. 또 대기의 이산화황 농도가 0.03ppm 이상인 날 비가 온 경우 피해가 잘 나타나므로 유의해 본다. (자료3)은 나팔꽃의 피해를 조사할 때 사용하기 편리하도록 만든 표다.

지금까지 공통과학을 재미있게 배우기 위한 조건을 찾아봤다. 또 그 방법에 의해 산성비 단원에 대한 탐구방법도 알아봤다. 이것을 보면서 지난날 배웠던 과학 교과서와 사뭇 다르다는 것을 느꼈을 것이다. 좀더 재미있고 좀더 적극적인 활동을 요구하는 것이 공통과학의 특징이다. 이제 남은 것은 여러분들이 공통과학을 통해 과학을 새롭고 재미있게 배워 보겠다는 의지다.
 

(자료3)산성비로 인한 나팔꽃의 피해 조사표(한샘출판교과서)(자료3)산성비로 인한 나팔꽃의 피해 조사표(한샘출판교과서)
 

과학동아 1996년 03호