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물 없이 살 수 있을까

우선 우리 몸 안에는 얼마나 많은 양의 물이 존재하는지 생각해 보자. 남자는 평균적으로 몸속 70% 정도가 물이고, 여자는 61% 정도가 물이 차지한다. 여자는 남자에 비해 지방 조직이 많기 때문에 물이 차지하는 비율이 낮은 편이다. 예를 들어 어떤 남자의 체중이 70㎏이라면, 몸속 물의 양은 49㎏이다. 이는 2L 생수병 약 24~25개에 해당하니, 우리 몸속 물의 양은 상당히 많다. 참고로 다른 동물이나 식물은 사람에 비해 체중에서 물이 차지하는 비율이 더 높은데, 전체 무게에서 물이 차지하는 비율은 수박 97%, 토마토 94%, 사과 84%, 닭 94%, 개구리 78%, 코끼리 70% 정도다.

우리 몸속 물은 혈액을 구성해 온몸을 순환하고, 영양분과 노폐물을 운반하는 역할을 한다. 또 물은 비열이 높은 편이라 우리 몸의 체온이 일정하게 유지되는 데도 중요한 역할을 한다. 그러므로 물은 우리 생활에 꼭 필요한데, 체내의 물이 항상 일정량으로 유지되기 위해서는 매일 섭취하는 물의 양과 배설하는 물의 양이 균형을 이뤄야 한다. 우리 몸은 지방을 분해하는 과정에서 하루에 약 0.25L의 물을 만들어낼 수 있지만 호흡과 땀을 통해 약 0.4L가 빠져나간다. 그래서 매일매일 물을 보충해주지 않으면 탈수 상태가 돼 생명이 위험해진다. 사람은 물의 함량이 1~2%만 부족해져도 갈증을 느끼고, 땀을 많이 흘려 염분이 부족해지면 근육 경련이 일어난다. 그래서 사람은 음식을 먹지 않고는 2개월도 살 수 있지만, 물을 먹지 않고는 며칠밖에 견딜 수 없다.

물을 이루는 물질은 무엇일까

물의 구성 성분을 알기 위해 제일 쉽게 할 수 있는 일은 전기 분해다. 물을 전기 분해하면 두 종류의 기체가 발생한다. (-)극에서 발생하는 기체에 불을 붙이면‘펑' 소리를 내며 연소하고, (+)극에서 발생하는 기체에 꺼져가는 불씨를 넣으면 활활 타 오른다. 각각의 극에서는 어떤 기체가 발생한 것일까. (-)극은 수소, (+)극은 산소 기체가 발생한 것이다. 이를 통해 물은 수소와 산소로 이뤄져 있음을 알 수 있다.

물은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 공유 결합돼 있어 분자 구조가 마치 미키 마우스 같다<;그림 2>;. 또한 산소 원자가 수소 원자보다 전자를 잡아당기는 힘이 더 강하기 때문에, 물 분자의 산소 원자는 부분적인 (-)전하를 띠고, 수소 원자는 부분적인 (+)전하를 띤다. 이렇게 분자 내에서 전하를 띠는 분자를 극성 분자라고 한다.

{cIMG_l5}물방울이 둥근 이유는?

이른 아침 풀잎에 맺힌 이슬, 스포이트에서 떨어지는 물방울을 자세히 보면 모두 둥근 모양을 하고 있다. 이것은 물의 표면 장력 때문이다. 액체는 표면적을 될 수 있으면 작게 하려는 성질을 갖는데, 이러한 성질을 표면장력이라고 한다. 액체가 표면 장력을 갖는 이유는 분자 간 인력 때문이다. 액체 내부의 분자들은 주위를 둘러싼 분자들에 의해 모든 방향으로부터 인력을 받는다. 그러나 액체 표면에 있는 분자들은 위쪽 방향에는 인력이 작용하지 않으므로 물속으로 끌어 당겨진다. 그래서 액체 표면에 있는 분자 수를 최대한 줄여 표면적을 줄이려는 성질이 나타나서 표면장력이 생기는 것이다.

둥근 모양을 이루는 이유는 둥근 모양이 가장 표면적이 작기 때문이다. 같은 부피(16.38cm3)일 때 표면적은 각각 사면체 46.5cm2, 육면체 38.7cm2, 팔면체 36.9cm2, 십이면체 34.2cm2, 구 31.2cm2이다. 이러한 표면장력은 분자 간 인력(분자들끼리 서로 끌어당기는 힘)이 클수록 커지는데, 물은 다른 분자에 비해 분자 간 인력이 큰 편이므로 표면장력이 강하다.

물의 표면장력을 잘 이용하는 동물이 바로 소금쟁이다. 소금쟁이는 물의 표면장력을 잘 이용해 물 위를 걸어 다닐 수 있다. 소금쟁이가 물 위를 걷는 모습을 보면 마치 팽팽한 막 위를 걷는 것처럼 보인다. 실제로 물은 인력 때문에 표면이 탄력 있는 막처럼 움직이는데, 소금쟁이의 다리는 물과 닿는 표면적을 최대한 넓게 해서 물에 떠 있을 수 있는 것이다. 즉 물의 표면장력을 최대한 이용하고 있다고 할 수 있다. 소금쟁이가 물에 잘 떠 있을 수 있는 또 다른 비밀은 소금쟁이의 다리에 있다. 소금쟁이의 다리는 기름에 젖은 털로 덮여 있다. 물은 같은 물 분자는 잡아당기고 기름 분자는 밀어내는 성질이 있다. 그래서 소금쟁이의 다리는 물속에 잠기지 않는 것이다.

그럼 물은 왜 다른 분자에 비해 분자 간 인력이 큰 편일까. 그 이유는 수소결합 때문이다. 수소결합이란 플루오르, 산소, 질소와 같이 공유전자쌍을 끌어당기는 힘이 큰 원자와 수소가 결합한 극성 분자 사이에 작용하는 강한 분자 간 인력이다. 물은 분자 사이에 수소결합을 형성하기 때문에 분자 간 인력이 매우 큰 것이다.

물의 수소결합은 물의 다양한 특성과도 관련이 있다. 호수의 물이 위에서부터 어는 이유, 빙하가 푸른색을 띠는 이유도 모두 물의 수소 결합 때문이다. 액체 상태의 물은 분자가 비교적 자유롭게 이동하지만, 고체인 얼음의 경우 수소 결합에 의해 분자가 육각형 모양으로 배열돼 빈 공간이 생긴다. 그래서 부피는 커지고, 단위 부피당 질량인 밀도는 작아진다. 4℃일 때 밀도가 제일 크고, 온도가 낮아질수록 밀도가 작아지는 효과가 나타난다. 그래서 겨울에 날씨가 추워져 호수의 온도가 낮아지게 되면 4℃인 물이 아래쪽에 가라앉고, 호수의 위쪽은 3℃, 2℃, 1℃로 떨어져 4℃인 물보다 밀도가 작기 때문에 가라앉지 않고 윗부분만 얼게 된다. 또한 물의 수소 결합은 붉은빛을 잘 흡수한다. 일반적으로 얼음은 물보다 수소 결합이 25% 정도 많은데, 두꺼운 얼음인 빙하는 수소 결합을 많이 포함하고 있어 붉은빛을 잘 흡수하므로 푸르게 보이는 것이다. 1