지구 내부로 들어가다 보면 온도가 점점 높아져요. 깊숙이 들어갈수록 온도는 급격히 높아지는데, 수십km 이상 들어가면 딱딱한 암석들이 일부 *용융될 정도로 뜨거워진답니다. 이렇게 녹은 암석을 ‘마그마’라고 부르며, 마그마의 온도는 1000~1400℃ 정도예요. 마그마는 녹지 않은 암석들 사이를 흐르다가 한곳에 커다랗게 뭉쳐 ‘마그마굄’을 형성하지요. ‘굄’은 ‘고임’의 줄임말로, ‘마그마가 고인 곳’이라는 뜻이에요.
이렇게 고인 마그마는 액체 상태이기 때문에 다른 암석들에 비해 밀도가 낮아요. 그래서 위로 올라오려고 하지요. 보통은 딱딱한 지표에 의해 가로막히지만 마그마가 상승하려는 힘도 만만치 않아요. 마그마 속 가스들이 강한 압력을 갖고 있거든요.
이렇게 힘겨루기를 하다가 어느 순간, 마그마가 지표의 약한 곳을 뚫고 폭발할 때가있어요. 이때 마그마는 가스의 강한 압력에 의해 하늘을 향해 격렬하게 솟구치지요. 지표 밖으로 나온 마그마를 ‘용암’이라고 부르는데, 용암은 점차 식어서 다시 딱딱하게 굳어요. 이렇게 굳은 용암이 쌓이면서 커다란 화산이 만들어지는 거예요. 우리나라의 대표적인 화산으로는 백두산과 한라산이 있답니다.
*용융 : 고체가 열에 의해 녹아서 액체가 되는 현상.
실감나는 화산모형을 만드는 데 있어 가장 중요한 재료가 바로 ‘석고’예요. 실험에 참여한 친구들은 석고가루가 골고루 묻어 있는 붕대를 물에 적셔 종이로 된 틀 위에 발랐답니다. 그러자 곧 석고가 딱딱하게 굳으며 멋진 화산모형이 만들어졌죠.
석고와 물이 닿으면 무슨 일이 일어날까요? 석고의 주성분은 황산칼슘(CaSO4)으로, 깁스붕대나 분필을 만드는 데 많이 사용되는 재료예요. 황산칼슘은 물분자와 잘 결합하지요. 그래서 석고가루에 물을 넣으면 물분자에 황산칼슘이 달라붙으면서 가루들이 하나의 큰 덩어리로 굳는 거예요. 분자들이 화학적으로 강하게 결합하기 때문에 돌처럼 단단하게 굳으며, 이 과정에서 약간의 열이나기도 한답니다.
화산모형에서 솟구쳐 나오는 용암은 식초와 소다로 만들어요. 식초의 시큼한 맛을 내는 ‘아세트산(CH3COOH)’과 소다의 주성분인 ‘탄산수소나트륨(NaHCO3)’이 만나면 서로 격렬하게 반응해 순식간에 많은 양의 이산화탄소 기체가 발생한답니다.
기체는 고체나 액체에 비해 수백~수천 배 정도의 커다란 부피를 갖고 있기 때문에 작은병에 담겨 있지 못하고 밖으로 힘차게 뿜어져 나와요. 이때 반응하지 않은 식초도 이산화탄소 기체에 밀려 함께 뿜어져 나오기 때문에 액체가 폭발하는 것처럼 보이는 거예요.
이산화탄소를 발생시키는 다른 방법들도 있어요. 약국에서 파는 ‘발포정’ 을 물에 넣으면 발포정이 녹으며 이산화탄소가 나오지요. 그리고 이 물을 마시면 탄산음료처럼 따끔해요. 또한 탄산음료에 사탕을 넣으면 탄산음료에 녹아 있던 이산화탄소들이 한꺼번에 밖으로 나오면서 탄산음료가 솟구쳐 오른답니다.
석고가 굳는 것과 이산화탄소 기체가 발생하는 것 모두 화학반응을 이용했어요. 이밖에도 화학반응은 우리 생활 곳곳에서 볼 수 있답니다. 건전지는 화학반응을 통해 전기를 만들어내고, 못에 녹이 스는 것도 일종의 화학반응이지요. 소금이 물에 녹는 것처럼 간단해 보이는 반응도 사실은 물에 의해 소금 속 나트륨 이온과 염소 이온이 분해되는 화학반응이랍니다.
화학반응을 이용하면 아주 작고 딱딱한 구슬을 크고 말랑말랑하게 만들 수 있어요. 아래 실험에 쓰인 작은 구슬은 탄소와 산소, 수소, 나트륨을 주성분으로 하는 ‘폴리아크릴산나트륨’이라는 화합물이에요. 여기에 물을 넣어 주면 물이 폴리아크릴산나트륨 속 산소, 수소와 결합하며 분자들 사이를 벌려놓는답니다. 그 결과 구슬의 크기가 커지고 딱딱했던 구슬이 고무처럼 말랑말랑해지지요.
폴리아크릴산나트륨은 무려 자기 부피의 400배나 되는 물을 흡수할 수 있어요. 물을 잘 흡수하는 성질 덕분에 기저귀 속 흡습제로 많이 쓰인답니다.
기자단 친구들은 종이와 석고를 이용해 멋진 화산을 만들었어요. 다만들어진 화산에 물감으로 예쁘게 색칠도 했지요. 완성된 화산의 분화구에 소다를 넣고 빨간 물감으로 물들인 식초를 붓자, 빨간 식초가 진짜 용암처럼 부글부글 끓어오르며 분화구에서 솟구쳤어요.
실험에 참가한 오윤슬(성남 늘푸른초 1) 친구는 “화산모형을 만들어보니 화산이 폭발하는 과정을 쉽게 이해할 수 있었다”고 말했어요.
실험이 모두 끝난 뒤엔 커다란 화산을 직접 만들어 볼 수 있는 대형 화산모형을 선물로 받기도 했답니다. 2016년의 마지막 실험답게 선물도 푸짐하죠? 2017년에도 계속될 섭섭박사님의 활약을 기대해 주세요!
