짜잔! 비둘기 기자가 마술을 부리려고 해요. 모자에 숨었다가 푸드덕 날아가는 마술이 아닙니다. 마술처럼 신기한 비눗방울 실험이죠. 이 비눗방울은 여름비가 내리는 날에도 집에서 즐길 수 있어요. 

 

박정제

 

도전 실험!

입으로 불지 않고 하얀 비눗방울 만든다!

 

보통 비눗방울은 후후 불어 만들지만, 비둘기 기자는 입바람 없이 비눗방울을 불어 보일 거예요. 그것도 우유처럼 뽀얀 비눗방울이랍니다.

 

준비물
드라이아이스, 뚜껑이 있는 일회용 컵, 고무호스, 주방세제, 물

 

드라이아이스는 환기가 되는 곳에서 다루고, 맨손으로 만지지 않도록 조심하세요.

 

➊ 물에 주방세제를 풀어 비눗물을 만든다.

 

➋ 일회용 컵 뚜껑에 고무호스를 연결하고 틈새를 막는다.

 

➌ 컵에 물을 담고 드라이아이스를 넣는다. 

 

➍ 컵 뚜껑을 닫고, 호스 끝을 비눗물에 담갔다가 꺼낸다. 

 

➎ 호스 끝에 무엇이 생기는지 관찰한다.

 

왜 이런 일이? 

 호스 끝에 하얀 비눗방울이 맺힌다. 

드라이아이스는 이산화탄소 기체를 압축하고 냉각해 만든 고체 물질이에요. 드라이아이스의 온도는 영하 78℃로 매우 차가워요. 드라이아이스를 25℃ 정도의 상온에 두면 액체가 되지 않고 바로 기체 상태의 이산화탄소로 변해요. 이를 승화라고 해요. 공기보다 열을 더 잘 전달하는 물속에선 승화도 더 빨라지죠. 

컵 속에서 물에 잠긴 드라이아이스는 계속 승화하며 차가운 이산화탄소 기체를 내보내요. 이 기체가 주위 온도를 낮추면 주변 공기 속의 수증기가 열을 잃고 작은 물방울로 변하는 응결이 일어나요. 본래 이산화탄소 기체는 무색이지만, 응결된 물방울들이 사방으로 빛을 흩뜨려서 하얀 안개처럼 보이게 되죠. 이산화탄소 기체와 물방울이 섞인 하얀 안개가 호스를 타고 비눗물과 만나 하얀 비눗방울이 생기는 거예요.

 

한 걸음 더!

비눗방울로 전자 회로를 옮겨 붙인다! 

비눗방울은 놀이에만 쓰이는 게 아니에요. 중국의 한 연구팀은 비눗방울로 작은 전자 회로를 들어 올려 원하는 곳에 붙이는 기술을 개발했어요.

 

Ming Li et al.

전사할 전자 회로를 비눗방울로 들어 올린 모습.

 

Ming Li et al.

원하는 표면에 비눗방울로 전자 회로를 옮기는 과정. 

 

전자 제품에 들어가는 전자 회로는 평평한 판 위에서 따로 만든 뒤 필요한 위치에 옮겨 붙여서 사용해요. 이렇게 전자 회로 등의 전자 부품을 한곳에서 떼어내 다른 곳에 붙이는 것을 전사라고 해요. 하지만 둥근 물체나 사람의 장기처럼 평평하지 않고 잘 달라붙지 않는 표면엔 전사가 쉽지 않았죠. 지난해 7월, 중국 다롄이공대학교 연구팀은 비눗방울을 이용해 전자 회로를 전사하는 기술을 국제 학술지 ‘npj 유연 전자소자’에 발표했어요.

연구팀은 시중에 파는 비눗물을 이용해 관 끝에 비눗방울을 만들고 전자 회로에 살짝 닿게 했어요. 관을 들어 올리자, 비눗방울과 전자 회로 사이에 얇은 액체막이 형성되며 전자 회로가 따라 올라왔죠. 비눗방울의 막에 있는 표면장력이 전자 회로를 붙잡아 줬기 때문이에요. 표면장력은 액체의 표면에서 분자끼리 서로 끌어당겨 표면의 면적을 최대한 줄이려는 힘이에요.

이 비눗방울을 전사할 표면에 옮겨서 살짝 닿게 하면 비눗방울은 그 표면을 덮듯이 퍼져요. 전자 회로도 표면에 닿죠. 이후 비눗방울을 터뜨리면 비누막은 흔적 없이 사라지고 전자 회로만 남게 됩니다.

비눗방울은 자유롭게 모양이 변하고, 부드러워서 어떤 표면에도 잘 달라붙어요. 비눗방울의 크기를 조절하면 더 큰 전자 회로도 옮길 수 있지요. 연구팀은 이 방법으로 꽃잎, 표면이 올록볼록한 공, 스펀지와 심장, 뇌 등 장기 모형에 전자 회로를 붙이는 데 성공했어요. 연구팀은 “이 기술은 건강 상태를 알기 위해 몸속에 넣는 의료기기를 만드는 데 도움이 될 것”이라고 말했어요.

 

실험 
하나 더!

비누막 가운데가 뻥 뚫렸다!

 

동전이나 카드가 컵이나 책상을 뚫고 지나가는 마술을 본 적 있나요? 비둘기 기자도 얇은 비누막을 터뜨리지 않고 구멍을 내서 통과해 보일 거예요.

 

준비물
구부러지는 빨대 4개, 주방세제, 물, 쟁반, 실

 

➊ 빨대 4개를 연결해 사각형 틀을 만든다.

 

➋ 실을 묶어 동그란 고리 모양으로 만들고 물에 적신다.

 

➌ 쟁반에 비눗물을 담고, 사각형 틀을 담갔다가 빼서 비누막을 만든다. 

 

➍ 비누막 위에 실로 만든 고리를 올리고 안쪽을 찔러 터뜨린다.

 

➎ 실과 비누막에 생긴 변화를 관찰한다.

 

왜 
이런 일이?

 결과: 비누막에 동그란 구멍이 뚫렸다.

비눗물에 사각형 틀을 담갔다가 꺼내면 비눗물이 틀 가장자리에 달라붙어요. 비눗물의 분자들은 표면장력 때문에 서로를 잡아당기며 표면의 면적을 최대한 줄이려고 하죠. 그래서 틀 안에 얇고 팽팽한 비누막이 만들어져요. 표면장력이 강한 물에 같은 틀을 담갔다 꺼내면 막이 잘 생기지 않아요. 비누 속 계면활성제●가 물 분자 사이에 끼어들어 표면장력을 적당히 낮춰 주면 비누막을 만들 수 있죠.

비누막 위에 살며시 실 고리를 올리면 놓인 그대로의 모양을 유지해요. 이때 실 고리 안쪽과 바깥쪽의 비누막 분자들은 실을 비슷한 힘으로 잡아당기고 있어요. 그런데 손가락이나 막대로 실 고리 안쪽의 비누막을 터뜨리면, 실 고리는 순식간에 원 모양으로 펴집니다. 실 고리 바깥쪽에 남은 비누막의 분자들이 사방에서 실을 잡아당겼기 때문이에요. 이렇게 비누막에 동그란 구멍을 뚫을 수 있답니다.  

 

용어 설명

계면활성제: 서로 다른 물질 사이에서 표면장력을 낮춰 물질이 잘 섞이거나 퍼지도록 돕는 성분. 세제, 비누 등에 들어 있다.