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기적의 분자 물
james (218.♡.115.134)
08-06-07 00:00
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기적의 분자 물
여러분이 이미 예상하고 있듯이 다이빙의 화학과 물리는 대부분의 경우 물과 관련되어 있고, 이제까지 당신이 몰랐을 수 있는 것은 물이 아주 특별한 물질이라는 것입니다. 단순한 화합물이면서 물은 대부분의 다른 액체와 다르게 하는 특별한 특성을 가지며, 만약 물이 이러한 성질을 가지지 않았다면 지구는 단단히 얼어붙어 있을 것이고 우리가 아는 생명체들은 존재하지도 못할 것입니다. 다이빙에 적용: 물의 특별한 성질은 다이빙에서 당신에게 크게 영향을 미치며, 특히 열의 흡수의 면에서 당신은 노출복이 필요하게 됩니다.
극성 구조
전에 보았듯이 물의 분자는 두 개의 수소 원자와 하나의 산소 원자의 결합으로 만들어지며, 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론(Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory:VSEPR)에 따르면 분자의 형태는 전자간의 반발(같은 전하는 서로를 밀어낸다)을 최소할 수 있는 형태에 의존하고, 이 결과로서 물 분자의 형태는 산소 원자에 두 개의 수소 원자가 각각 다른 쪽에 위치하게 됩니다. 전체적인 물 분자는 중성 전하를 가지나 산소 쪽 끝에는 약 양극을, 수소 쪽 끝에는 약 음극 전하를 가지며, 이렇게 양극과 음극을 가짐으로 물은 극성분자(polar molecule)가 되고 물 분자들은 극성 분자이기 때문에 양성 수소 분자들과 음성 산소 분자들 사이에 인력이 작용하여 서로 결합하게 됩니다. 분자들 사이의 결합은 수소결합(hydrogen bond) 또는 극성결합(polar bond)라고 부르며, 서로의 원자를 결합시키는 공유결합 또는 이온 결합만큼 가하면서도 극성결합은 물에게 독특한 특성을 부여하게 됩니다.
표면장력
다른 액체와 비교하여 물의 첫 번째 특징이 되는 것은 표면장력(surface tension)을 가진다는 점이며, 물 분자 사이의 극성결합은 물의 표면에 약간의 응집력을 가지게 해서 투과 및 분리에 저항하게 되고, 표면장력은 물방울들을 서로 결집시켜 바늘을 띄울 만큼 강하다. 비록 바늘은 물보다 5배나 밀도가 높지만. 바늘은 정확히 말하면 뜨는 것이 아니라(부력의 법칙에 대해서는 차후에 의논하겠다), 작고 가벼워서 그 무게가 표면장력의 힘을 이겨내지 못하기 때문입니다. 표면장력은 환경에서 중요한 역할을 하게 되는데 그 이유는 많은 작은 유기체들이 이에 의존하기 때문이며, 하나의 예는 소금쟁이로 이는 표면장력 덕분에 먹이를 찾거나 포식자로부터 도망할 때 물의 수면을 여행합니다. 이보다 더욱 확연한 것은 수표생물(neuston)로 플랑크톤의 일종으로 대양의 수면에서 서식합니다. 이들의 대부분은 뜨는 것이 아니라 아주 미세해서 그들의 환경적 지위를 유지하기 위해 표면장력에 의존할 수 있는 것이며, 많은 오염물질에 관한 염려 중의 하나는 표면장력을 부서뜨려 생태계 안의 전체 지위가 이 오염물질이 있는 곳에 생존할 수 없게 만드는 것입니다.
용해성
물은 다른 흔한 액체보다 물질들을 잘 녹게 하는 특별한 물질이며, 이 역시 극성 분자로서 가지는 특성 때문입니다. 어떤 물질, 소금을 예를 들어 물에 넣으면 그 분자는 그 극성에 따라 상호작용을 시작합니다. 소금의 양성으로 전하된 부분은 물 분자의 산소 쪽(음성)에 결합되고, 음성으로 전하된 부분은 물 분자의 수소 쪽(양성)에 결합됩니다. 그러므로 이들이 용해될 때 이온 물질은 문자 그대로 서로 찢어져 물속에 떠 있게 되며, 다양한 분자를 용해시키는 물의 능력은 생명에 중심적인 역할을 하게 됩니다. 실제로 모든 생명의 형태에서 물은 살아있는 세포에 이들이 필요한 영양분과 기체를 운반하고 노폐물을 운반해 나가며, 단순한 유기체에서 이 과정은 이 유기체가 사는 수중에서 자연스럽게 일어납니다. 복잡한 유기체(우리처럼)에서 이 과정은 내부적으로 일어나며, 이 일을 하는 물은 혈액의 주 구성요소입니다.
단순하고 복잡한 유기체들 모두의 각 세포 안에서 물은 에너지에서 재생산에 이르기까지 다양한 절차들에 있어서 아주 중요하며, 많은 물질을 용해시키는 능력에도 불구하고 많은 물질들은 물에 녹지 않습니다. 만약 물이 모든 것을 녹인다면 생명체들이 세포 구조를 형성할 수 없이 녹아버리기 때문에 생명이 존재할 수 없게 되며, 비극성 분자들은 물에서 쉽게 용해되지 않습니다. 기름이나 지방질은 비극성으로 이것이 왜 이들이 물과 합해지지 않는 이유가 되며, 비누 화합물은 이 분자들이 극성과 비극성 분자들과 모두 응집되기 때문에 비누는 그 역할을 할 수 있고, 손을 씻을 때 비누 분자는 먼지 속에 있는 기름과 물과 응집되어 물이 그 기름을 녹일 수 있는 연결을 형성하게 됩니다.
참고문헌: Instructor Manual(PADI)
The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI)
Diving Knowledge Workbook(PADI)
Divemaster Manual(PADI)
스쿠바몰(그린피스) 코스디렉터 강 정훈
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