d라이브러리

2월에는 우리 고유의 명절 설이 들어 있습니다. 어린 시절에는 색동저고리를 입고 설을 즐겁게 보냈겠죠. 올해 설에는 그때를 회상하면서 액체로 색동옷을 만들어 봅시다.

물만을 가지고 탑을 쌓을 수는 없을까요? 소위 '물 위에 물을 쌓는다'는 마술과도 같은 일에 여러분이 직접 도전해 보기를 바랍니다. 물 위에 물을 쌓는 일은 생각보다 간단합니다. 앞의 실험에서처럼 밀도의 차이를 이용하면 되는 것이죠. 즉 물에 설탕을 각각 다른 양을 녹여서 밀도가 다른 용액을 만드는 것입니다. 그리고 나서 앞에서와 같은 방법으로 조심스레 쌓아주면 됩니다.

준비물

시험관, 물, 설탕, 스푼, 그림물감, 스포이드, 7개의 비커나 유리컵

실험 방법

먼저 7개의 비커에 같은 양의 물을 넣습니다. 그리고 각 비커에 설탕을 녹이되 1번 비커에는 설탕을 넣지 않고, 2번 비커에는 설탕 1스푼, 3번 비커에는 2스푼, 이런 방법으로 7번째 비커에 설탕 6스푼을 넣어서 모두 잘 녹입니다. 설탕이 많아서 잘 녹지 않을 경우에는 약간 가열해 주면 잘 녹습니다. 설탕 용액에 그림 물감을 타서 색깔을 내는데, 이왕이면 무지개를 만들어 보는 게 좋겠죠? 첫번째 비커에서부터 빨강 주황 노랑 초록… 순으로 색깔을 만들어 냅니다.

자, 이제는 무지개를 쌓는 일만 남았습니다. 어떤 색깔부터 쌓아야 할까요? 물론 가장 무거운 것부터 쌓아야 하겠죠. 설탕이 가장 많이 들어있는 보라색의 설탕 용액부터 시작합니다. 왜 그러냐구요? 설탕이 많을수록 용액의 질량이 무겁기 때문이죠. 무지개 물탑 또한 잘 쌓기 위해서는 스포이드로 용액을 시험관 벽면에 조심조심 떨어뜨려야 합니다. 무지개를 시험관 안에 가두어 두려면 이만한 정성은 들여야겠죠?

설탕의 양에 따라 밀도가 달라진다는 사실, 바로 이것이 물 위에 물을 쌓아 무지개 물탑을 만들 수 있게 하는 열쇠랍니다. 밀도는 액체만 가질 수 있는 성질이 아닙니다. 고체 기체 모두 밀도를 구할 수 있습니다. 그러면 고체 액체 기체의 밀도를 비교해 보면 어떨까요? 같은 부피에서 더 무거운 것이 밀도가 높기 때문에 일반적으로 고체>;액체>;기체의 순으로 밀도가 달라집니다. 물론 예외도 있죠. 그리고 밀도는 온도와 압력이 변하면 부피가 약간 달라지기 때문에 밀도를 나타낼 때는 온도와 압력을 같이 나타내 주어야 합니다.
 

보너스 실험

색동 액체탑 쌓기

설날이 되면 곱게 설빔을 차려 입고 어른들께 세배를 드리게 되겠죠? 우리 고우의 한복을 차려 입은 모습은 여자 남자 할 것 없이 아름답고 운치가 있지요. 특히 색동 저고리는 어릴 적 꿈이 담겨 있어서 아직도 가슴이 설레일 겁니다. 이 고운 색동 저고리를 명주 천이 아닌 액체로 만들어보면 어떨까요?

준비물

긴 유리컵, 설탕 용액(물 50mL에 설탕 5스푼 정도 녹인 것), 글리세롤, 물, 메탄올, 올리브우, 식용색소, 유성물감

실험방법

용액의 색깔을 내기 위해 물 시럽 메탄올에는 식용 색소를 탑니다. 그러나 나머지 액체에는 유성 물감을 타서 색깔을 냅니다. 왜냐하면 식용색소는 수성이기 때문에 글리세롤이나 올리브유같은 액체에는 잘 녹지 않기 때문입니다.

긴 유리컵을 준비하고 하얀 글리세롤을 바닥에 붓습니다. 그 다음 스포이드를 이용해 빨간 시럽을 조심스럽게 글리세롤층 위에 쌓아주면 2층탑이 생기게 되죠. 이러한 방법으로 노란 물, 파란 올리브유를 넣어 줍니다. 이때 층이 섞이지 않고 잘 쌓이게 하는 요령으로는 스포이드로 액체를 유리컵 안쪽 벽을 따라 천천히 내려오도록 하는 것입니다.

자! 어느새 투명했던 유리컵이 색동 저고리를 입은 것처럼 아름답게 됐지요? 그런데 어떻게 액체 위에 액체가 2층도 아닌 4층씩이나 쌓일 수 있을까요? 이유는 간단합니다. 그것은 각 층에 있는 액체들의 밀도가 다르기 때문이죠. 즉 맨 밑층의 글리세롤이 가장 무겁고 위층으로 갈수록 가벼운 액체인 것입니다.

밀도는 어느 일정 부피에 대한 질량(밀도=질량/부피)으로 물질을 구별하는 데 편리하게 이용되며 단위는 보통 kg/㎥, g/㎤입니다. 색동 무늬탑을 쌓는 데 몸을 바친 액체들의 밀도는 다음과 같습니다. 글리세롤 : 1.262 g/㎤, 시럽 : 약 1.104 g/㎤, 물 : 0.997 g/㎤, 올리브유 : 0.909 g/㎤.

그 유명한 아르키메데스의 "유레카(나는 알았다)!" 이야기도 이 밀도와 관계되는 이야기랍니다.