d라이브러리

# 동화마을에 무슨 일이?

소년이 거짓말쟁이로 몰린 사연

탐정사무소로 돌아가고 있던 꿀록 탐정과 개코 조수는 양치기 소년의 울음소리를 듣고 자연스레 걸음을 멈췄습니다. 양치기 소년은 자리에 주저앉아 엉엉 울고 있고, 마을 사람들은 의심의 눈초리로 소년을 바라보고 있었어요. 

“무슨 일이죠?”

꿀록 탐정이 마을 사람에게 물었습니다. 

“양치기 소년이 우리에게 또 거짓말을 했어요. 늑대가 왔다고 매번 거짓말했던 과거를 진심으로 뉘우치는 것 같아 용서해 주려고 했거든요.”

마을 사람이 화가 난 목소리로 말했어요.

“이번엔 무슨 거짓말을 했는데요?” 

꿀록 탐정의 조심스러운 물음에, 마을 사람이 한숨을 쉬며 바구니를 내려놓았어요. 

“양치기 소년이 우리에게 사과한다길래, 다 같이 소풍을 가기로 했어요. 소년이 시원한 얼음물을 준비하겠다고 해서 그 말만 철석같이 믿고 다들 물은 안 가져왔죠. 그런데 물을 준비하지 않았더라고요. 또 거짓말한 거예요.”

마을 사람의 말을 들은 양치기 소년이 울면서 외쳤습니다. 

“아니에요! 정말 물을 준비했다고요! 어제부터 냉동실에 잘 얼려놨는데물병이 갑자기 깨지는 바람에 못 갖고 온 것뿐이에요.” 

깨진 물병을 들여다보던 꿀록 탐정이 의미심장하게 말했습니다.

“양치기 소년의 말을 믿어주셔야 할 것 같아요.”

#통합과학 개념 이해하기

물이 얼면 팽창하는 이유는? 

물 분자는 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어져 있어요. 원자는 원소의 화학적인 성질을 유지하는 가장 작은 단위로, 원자마다 각각 다른 전기적 성질이 있습니다. 또 원자는 전자를 잡아당기는 능력이 있는데, 이 힘의 세기가 모두 달라요. 이렇게 전자를 당기는 힘을 ‘전기음성도’라고 하지요. 산소 원자는 전기음성도가 수소 원자보다 커서 수소 원자의 전자를 빼앗아요. 그래서 산소 원자는 전자를 얻어 음의 전기적 성질인 음전하(-)를, 수소는 전자를 잃어 양의 전기적 성질인 양전하(+)를 띱니다.

그런데 음전하와 양전하는 마치 자석의 S극과 N극처럼 서로를 강하게 끌어당기는 성질이 있습니다. 물에는 셀 수 없이 많은 물 분자들이 들어 있는데, 이웃한 물 분자들 사이에 산소 원자의 음전하와 수소 원자의 양전하가 서로를 끌어당기는 힘이 생기는 거예요. 산소 원자뿐 아니라 전기음성도가 강한 원자와 이웃한 수소 원자들이 서로 끌어당기는 힘을 ‘수소 결합’이라고 해요.  

물이 얼어 얼음이 되면 부피가 커지는 독특한 특성은 바로 수소 결합 때문입니다. 보통 물질은 고체가 되면 부피가 작아져요. 그런데 물은 수소 결합 때문에 분자들끼리 잡아당기는 힘이 세서 자유롭게 움직이던 물 분자들이 얼며 단단하고 안정적인 육각형 구조를 이룹니다. 또 일정하게 규칙적인 배열을 이뤄서 물일 때보다 각 분자 사이에 공간이 많이 생기지요. 그래서 물을 유리병에 넣어 얼리면 물이 얼음이 되면서 부피가 팽창해 병이 깨질 위험이 있습니다. 페트병에 물을 넣어 얼리면 병이 깨지지는 않지만, 병이 부풀어 오르고 병 입구까지 얼음이 나와 먹기가 불편해요. 따라서 물을 얼릴 때는 페트병에 있는 물을 조금 덜어내고 얼리는 것이 좋습니다.

#통합과학 넓히기

냉동한 장기를 이식한다!

심장이나 폐 같은 우리 몸의 장기가 아프면 다른 사람의 건강한 장기를 이식해 치료할 수 있습니다. 그래서 불의의 사고를 당한 사람의 건강한 장기를 치료가 필요한 환자에게 이식해야 하는 일이 발생하곤 합니다. 그런데 건강한 장기를 얼리면, 장기 안에 있던 물이 얼면서 부피가 늘어나 장기의 세포를 파괴해요. 그래서 장기를 냉동하지 않고 4~8시간 안에 다른 환자에게 이식할 수 있어야 하지요. 그런데 이번에 미국 연구진이 쥐의 장기를 얼렸다가 다른 쥐에게 이식하는 데 성공했습니다. 

미국 미네소타대학교 기계공학과 존 비숍 교수팀은 “흰쥐의 신장을 100일 동안 얼렸다가 해동해 다른 쥐에게 이식했다”고 지난 6월 9일 밝혔습니다. 연구진이 쥐의 신장을 오랫동안 냉동할 수 있었던 비결은 물이 어는 것을 막는 ‘동결 보호액’과 급속 해동법이었어요.

연구진은 먼저 흰쥐의 신장을 꺼낸 뒤 액체질소를 이용해 신장을 영하 148℃로 냉동했습니다. 이때 동결 보호액을 같이 넣어서 신장 속 물이 얼지 않도록 했어요. 그리고 미세한 철 입자를 같이 주입했습니다. 연구진은 쥐의 신장을 해동할 때 외부의 자기장을 이용해 쥐의 신장 안에 들어 있는 철 입자들을 움직였어요. 철 입자들은 빠르게 회전하면서 열을 냈고, 연구진은 이 방식으로 쥐의 신장을 90초 만에 고르게 해동할 수 있었지요. 

존 비숍 교수팀은 “해동한 신장을 이식받은 쥐는 45분 만에 소변을 보고 신장 기능이 잘 작동했다”고 밝혔습니다. 또 “같은 방법으로 사람의 신장과 크기가 비슷한 돼지의 신장을 냉동하고 해동하는 데도 성공했다”고 덧붙였어요. 연구진은 5년 안에 인체를 대상으로 임상 시험을 진행할 예정입니다.  

# 에필로그

“물이 팽창해서 병이 깨진 거였군요. 소년을 의심해 미안하네요.” 

마을 사람의 말에 양치기 소년의 얼굴이 환해졌어요.

“저 이제 거짓말 안 한다니까요~!”

서둘러 소풍 갈 채비를 하는 마을 사람들과 소년을 보며 꿀록 탐정이 말했습니다.

“그런데오늘 비가 온다고 하던데요? 소풍 가실 수 있나요?”

마을 사람들의 표정이 다시 험악해졌어요.

“아니, 소년 말로는 비가 안 온다고 했는데”