물의 변신에 의한 동계 올림픽
물의 변신에 의한 동계 올림픽
  • 제주신보
  • 승인 2018.03.14
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

변종철 제주대학교 화학·코스메틱스학과 교수

갈릭 걸스(Garlic Girls; 마늘 소녀들) 등 다양한 별칭으로 돌풍을 일으키던 평창동계올림픽이 역사 속에서 호흡하고 있다. 겨울 스포츠 축제는 물의 변신의 바탕이 있기 때문에 가능하다.


물은 상에 따라 각기 다른 별칭을 가지고 있다. 이것이 액체 상태일 때 물, 고체 상태일 때 얼음, 기체 상태일 때에는 수증기라고 일컫는다. 증기는 눈에 보이지 않으며, 우리 눈에 보이는 것으로 흔히 김이라고 하는 것은 사실상 응축된 물의 에어로졸이다.


물이 끓을 때에는 액체에서 증기로 상변화가 일어난다. 거품은 물 속에서 형성된 증기의 주머니이다. 거품 내에서 압력은 대기가 물을 누르는 압력과 같다. 그렇지 않으면 거품은 위로 올라가지 않고 물도 끓지 않는다.


우리는 날씨에서도 상변화를 경험할 수 있다. 눈이나 비가 오지 않을 때 아침이슬도 물의 변신의 결과라 할 수 있다. 이슬점, 즉 공기 중의 습기가 땅 위에서 응축하는 온도는 대기압에 따라 다르다.


이런 상변화는 온도과 압력에 의한 물의 변신이다. 물론 압력에 따라서 고체가 기체, 기체가 고체로 변할 수 있다. 상온, 상압에서 고체에서 기체로 변하는 물질은 드라이아이스, 즉 고체 이산화탄소이다.


이러한 드라이아이스 성질과 이산화탄소가 공기보다 무거운 특성으로 인해 이 물질은 무대에서 안개효과를 연출하는데 이용될 수 있다. 이처럼 물질의 성질도 알면 과학이지만 모르면 마술로 둔갑한다.


기체상에서 고체상으로 변하는 석출과정도 아름다움을 연출할 수 있다. 석출의 한 예로 서리를 들 수 있다. 특정 조건에서 공기 중의 수증기가 액체로 응축되지 않고 서리 형태로 대지를 연출가로 변모시킨다.


선수들이 얼음 위에서 씽씽 달리고 회전하는 동작은 경이롭다. 물이 고체가 되면 왜 미끄러울까? 이 물음에 대해 과학계에서는 아직 명쾌한 해답을 도출하지 못하고 있다.


그렇지만 그에 대한 몇 가지 탐구 결과를 살펴보는 것, 빙판에서 웃고 울며 묘기를 선보일 수 있는 이유를 고찰하는 것도 삶의 윤활제가 될 것이다. 물론 액체 물보다 고체 얼음의 밀도가 낮아 고체가 액체 위에 뜨기 때문에 동계스포츠가 가능하다.


얼음이 미끌미끌한 이유는 얼음 표면의 물 때문이다. 얼음 뿐 아니라 마루나 식탁에 물이 있으면 그릇이나 사람이 미끄러지는 것을 볼 수 있다. 그렇다면 얼음의 표면은 왜 녹을까? 이와 함께 독자들이 고체 위에 액체 물이 있으면 미끄러운 이유를 생각해보는 것도 의미가 있을 것이다.


첫째 얼음은 일정한 압력을 가하면 녹는다. 빙판 위를 달리는 스케이팅 선수들은 스케이트 날로 힘차게 누른다. 그 압력으로 순간적으로 얼음이 녹아서 표면에 물이 윤활유 역할을 해 스케이트가 미끄러지는 것이다. 그러면 압력이 증가하면 왜 얼음이 녹는지를 생각해보는 것도 흥미로울 것이다.


둘째 마찰열에 의해 얼음이 일시적으로 녹아 물이 생긴다. 컬링 경기에서 선수들이 빗자루로 빙판을 열심히 닦는 것도 이 때 발생하는 마찰열이 얼음 표면을 녹여 스톤의 속도를 빠르게 하기 때문이다.


최근에는 얼음 표면에 필름처럼 얇은 물층이 있다는 주장이 힘을 얻고 있다. 각진 얼음 두 덩어리를 상하로 놓았을 때 서로 붙어버린다. 이것은 1985년대에 얼음 물층이 순식간에 얼어버린 결과라는 것이 제안된 바도 있다. 1987년에는 과학자들이 얼음 표면의 얇은 물층을 촬영하는 데 성공한 적도 있다.


이런 몇 가지 사실과 함께 과학자들은 얼음이 미끄러운 이유에 대해 아직도 논쟁을 계속하고 있다. 과학자들의 끈질긴 탐구가 이어지면 물의 변신과 얼음의 신비가 명확하게 규명되어 더욱 아름다운 동계 스포츠가 펼쳐질 것이다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.