주방은 실험실이다! ‘수소 결합’이 만들어내는 물과 기름의 신비한 드라마

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험!

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주방은 놀라움이 가득한 과학 실험실입니다! 드레싱을 만들 때 아무리 열심히 흔들어도 금방 나뉘어 버리는 물과 기름. 우리에겐 아주 당연한 광경이지만, 사실 그 뒤에는 분자들의 뜨거운 드라마가 숨겨져 있다는 사실을 알고 계셨나요? 이번에는 우리 주변의 사소한 궁금증을 시원하게 풀어줄 실험을 소개합니다.

실험: 물과 기름을 섞어보자

먼저 간단한 실험부터 시작해 볼까요? 투명한 컵을 준비해서 다음 순서대로 관찰해 보세요.

 
1. 컵에 물을 넣습니다.

 

2. 그 위에 식용유를 살짝 붓습니다.

그러면 곧바로 기름이 떠오르며 ‘아래에는 물, 위에는 기름’이라는 두 층으로 나뉩니다. 이걸 막대로 힘껏 저어봐도 잠시 후에는… 역시나 기름은 위로, 물은 아래로 돌아옵니다. 몇 번을 반복해도 그들이 서로 손을 잡는 일은 없죠.

보이지 않는 벽의 정체는?

왜 물과 기름은 이토록 완고하게 섞이지 않는 걸까요? 여기에는 물질이 가진 극성이라는 성질이 깊게 관여하고 있습니다.

물 분자는 작은 자석

물 분자는 전기적인 치우침을 가지고 있습니다. 플러스 성질을 띤 부분과 마이너스 성질을 띤 부분이 있어 마치 작은 자석 같은 상태입니다. 이를 ‘극성이 있다’고 합니다. 물 분자끼리는 이 플러스와 마이너스가 서로 끌어당겨 수소 결합이라는 아주 강력한 유대감으로 묶여 있습니다. 자기들끼리 꽉 뭉쳐서 스크럼을 짜고 있는 상태인 것이죠.

기름은 전기적으로 플랫한 상태

반면 식용유 같은 기름 분자에는 이런 전기적인 치우침이 거의 없습니다. 즉 무극성입니다.

화학의 세계에는 끼리끼리 녹는다는 규칙이 있습니다.

 
• 극성이 있는 것(물 등)은 똑같이 극성이 있는 것과 친해집니다.

 

• 무극성인 것(기름 등)은 무극성인 것들끼리 모입니다.

물 분자들은 자기들끼리의 ‘수소 결합’ 유대감이 너무 강해서, 전기적인 인력이 없는 기름 분자는 물 분자 사이로 들어갈 수가 없습니다. 물 분자 입장에서 보면 기름을 따돌려서 밀어내는 셈이죠. 그 결과, 물보다 밀도가 작은(가벼운) 기름은 물 위로 밀려 올라가 층을 이루게 됩니다.

무언가 물에 녹는다는 것은 단순히 섞이는 것이 아니라, 분자 수준에서 극성의 궁합이 잘 맞느냐가 매우 중요합니다. 우리가 매일 사용하는 비누가 기름때를 씻어낼 수 있는 이유는 사실 이 물과 친한 부분과 기름과 친한 부분을 모두 가지고 있기 때문이랍니다.

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