[스미스의 탐구생활 6화] 설탕이 잘 녹는 이유?

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물은 과학적으로 보면 정말 신기한 물질이에요. 다른 물질들을 쉽게 녹일 수 있기 때문이지요. 물만큼 수많은 물질을 녹일 수 있는 액체는 그리 많지 않답니다. 왜 그런 걸까요?

 

물은 ‘H2O(에이치-투-오)’라는 물 분자로 이뤄져 있어요. 수소 원자(H) 두 개와 산소 원자(O) 한 개가 결합된 형태지요. 물이 다양한 물질을 녹일 수 있는 비밀은 바로, 산소와 수소가 붙을 때 서로 다른 전기적 성질을 띠기 때문이랍니다(위 그림).

 

분자를 이루는 원자들은 전자를 서로 공유하기도 하고 치열한 쟁탈전을 벌이기도 해요. 물 분자를 이루는 산소와 수소도 상대방이 갖고 있는 전자를 자신의 쪽으로 끌어들이기 위해 힘겨루기를 하지요.

 

이 힘겨루기의 승자는 산소예요. 결국 수소의 전자가 산소 쪽으로 가면서 산소는 음전하(-)에 가까운 성질을 띠게 돼요. 반대로 전자가 멀어진 수소는 양전하(+)에 가까운 성질을 띠지요. 이렇게 분자 안에서 전기적 성질이 양전하와 음전하로 나뉘는 것을 ‘극성’이라고 해요.

 

극성을 띤 물은 극성을 띤 물질을 녹이기 쉬워요. 예를 들어 극성을 띠는 설탕은 물에 들어가면 쉽게 녹아요. 물 분자의 산소(-)가 설탕 분자의 양전하(+) 부분을, 물 분자의 수소(+)가 음전하(-) 부분을 끌어당기거든요. 그러면 설탕 분자가 물 분자에게 둘러싸이며 녹게 된답니다.

 

 

고분자를 물에 녹여라!

 

 

고분자 물질은 분자의 크기가 엄청 큰 물질을 말해요. 예를 들어 대표적인 고분자 물질인 폴리에틸렌은 수백, 수천 개의 탄소와 수소가 뭉쳐 하나의 거대한 분자를 이루지요. 대부분의 고분자 물질은 이처럼 크기가 커서 물에 잘 녹지 않는답니다. 그럼에도 물에 잘 녹는 몇몇 고분자 물질이 있어요.

 

‘통통 로켓볼 만들기’의 재료인 ‘폴리비닐알코올’이 물에 잘 녹는 고분자 물질 중 하나예요. 폴리비닐알코올의 분자는 수많은 탄소와 수소로 이루어졌는데, 다른 고분자와 달리 사이사이에 ‘수산기’라는 구조가 껴 있어요. 이 수산기는 물처럼 극성을 띠기 때문에 폴리비닐알코올은 고분자임에도 물에 잘 녹을 수 있답니다. 물에 녹은 폴리비닐알코올 알갱이들은 서로 엉겨 붙으면서 동그란 공이 돼요.

 

‘뿡뿡뿡 방귀대장 만들기’의 재료인 차전자피 가루도 역시 수산기가 중간중간에 껴 있어서 물에 잘 녹아요. 차전자피 가루가 물을 잔뜩 흡수할 때 기포가 생기는데, 손으로 살살 만져 이 기포들을 터트려 주면 방귀 소리와 비슷한 소리가 난답니다.

 

 

 

글 : 서동준 기자 bios@donga.com
그림 : 박순구
어린이과학동아 2017년 16호


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