어떤 곤충들은 어떻게
연못의 표면을 걸을 수 있을까요?
여러분이 물 위를 걸으려고 하면
곧바로 가라앉는데 말이죠.
또, 겨울에 호수의 윗쪽이 먼저 어는 것은 왜일까요?
정답은, 한마디로 "극성" 이라 할 수 있습니다.
물은 단순한 분자구조를 가지고 있습니다.
1개의 산소 원자와 2개의 수소 원자로 간단하게 이루어졌지만,
삶에 없어서는 안되는 물질입니다.
사실, 물은 어른의 신체 무게 중 대략 60%를
차지하고 있습니다.
이러한 물 분자의 극성은
물이라는 흔한 물질이
우리의 삶을 유지하게 할 수 있는 특성을 가지도록 만듭니다
극성은 분자 내부에서의
불평등한 전자 배분에 의해 나타납니다
물 분자 내에서, 1개의 산소원자와
2개의 수소원자가 형성하는 결합은
마치 크고 힘이 센 미식축구 선수와
조그맣고 귀여운 아기가 줄다리기를 하는 것과 같습니다
산소는 크기가 큰 원자이며,
원자핵 내부에 수소보다 더 많은 수의 양성자를 가지고 있습니다
이러한 양성자는 사람이 가지는 물리적 힘의 세기에 비유할 수 있습니다
양성자들은 결합을 통해서
전자들을 끌어 당길 수 있습니다
마치 힘이 센 사람이 압도적으로
약한사람을 이기는 줄다리기처럼요
따라서, 산소는 수소와 공유할 수 있는 전자쌍보다
더 많은 양의 전자를 가질 수 있습니다
왜냐하면, 수소는 크기나 힘의 세기도 작고,
가지고 있는 양성자의 수가 훨씬 적기 때문에
전자를 가져오는데 실패하고
산소와 공유할 수 있는 전자쌍보다 훨씬 적은 전자만을 가지기 때문입니다
그래서, 물분자 내에서 산소는 음전하처럼 행동하고
수소는 양전하처럼 행동합니다
이러한 하나의 물 분자 내부에서의 결합을
극성 공유 결합이라 부릅니다
공유 결합이란, 전자를 나눠갖는 것을 의미합니다
그러나, 방금 배웠듯이
극성은 이런 전자들이 공평하지 않게 분배되는 것을 의미합니다
물의 경우, 산소원자가 음전하를 띠고
수소원자가 양전하를 띠는 것처럼 행동합니다
음전하와 양전하가 서로를 끌어당겨 공유 결합하면
산소원자는 가까이에 있는
다른 물 분자의 수소원자를 끌어당깁니다
물 분자들 사이에서 형성되는 또한가지 특별한 형태의 결합은
수소 결합으로 알려져있습니다
수소 결합은 물과 물 사이에서만 발생하는 것이 아닙니다
수소 결합은 물 분자와 다른 물질의 사이에서도
극성 또는 이온성을 형성할 수 있습니다
물이 단단하게 뭉치는 성질을 응집력이라고 합니다.
반면, 물이 다른 물질과 단단하게 뭉치는 성질을
점착력이라고 합니다
이제 처음에 했던 질문으로 돌아가서
첫째, 어떤 곤충들은 어떻게 수면 위를 걸을까요?
수소 결합으로 인해 생긴 표면장력은
물 표면위에 얇은 막을 형성합니다
이 막은 엄청나게 가벼운 곤충들이
물의 표면 위를 걷도록 지탱해 줍니다
그러나 여러분은 물 위를 걸을 수 없지요
그 이유는 수소결합이 여러분의 무게를 받쳐줄 정도로
강력하지는 않기 때문입니다
왜 얼음은 액체로된 물 위에 뜨는걸까요?
다른 대부분의 물질들은
고체 상태에서의 밀도가 액체 상태일 때보다 훨씬 크지만
물의 경우는 예외예요
수소 결합은 물이 얼 때, 액체 상태일 때보다
물 분자들 사이의 거리가 더 멀어지도록 작용합니다
고체에서 분자들 사이의 거리가 멀다는 것은
밀도가 낮다는 것을 의미합니다
그래서 얼음은 물보다 밀도가 9%나 낮고,
이러한 사실은 얼음이 물 위에 뜬다는 것을 의미하죠.
이것이 강물이 표면부터 어는 이유이고,
매년 찾아오는 겨울의 강추위에서도
수중생물들이 살아남을 수 있는 이유입니다.
이러한 물 분자의 극성과
수소 결합의 결과로
물만이 가지는 특별한 성질을 설명할 수 있습니다.
자~ 그래서,
여러분 몸 안의 세포에서부터
드넓은 바다에 이르기까지
물이 그토록 특별한 이유는 단순하게도 물 분자가 극성이기 때문이네요.