<어린이과학동아> 편집부가 새해를 맞아 파티를 준비하고 있어요. 홍학 기자의 담당은 풍선 불기! 그런데 홍학은 부리가 길고 얇아요. 풍선을 아무리 열심히 불어도 바람이 새어 나갔지요. 그때, 홍학 기자의 머릿속에 번뜩이는 아이디어가 떠올랐습니다.

▲GIB

도전 실험
바람 없이 풍선이 부풀어 올랐다

입으로 풍선을 못 불면, 화학으로 분다! 홍학 기자는 주방에서 구할 수 있는 식초와 베이킹 소다를 들고 왔어요. 두 물질이 섞이면 기체가 생겨서 풍선을 불 수 있기 때문이지요.

준비물
풍선, 빈 페트병, 베이킹 소다, 식초, 스푼, 깔때기

➊ 페트병에 식초를 넣는다.

➋ 깔때기를 이용해 풍선에 베이킹 소다를 넣는다.

➌ 풍선을 페트병 입구에 끼운다.

➍ 거품이 생기면서 풍선이 부풀어 오른다.

왜 이런 일이?
➔결과: 풍선이 동그랗게 부풀고, 페트병 안에는 거품이 생긴다.

베이킹 소다는 소듐(나트륨)과 수소, 탄소가 든 흰색 결정으로, 탄산수소나트륨(NaHCO3)이라고도 불려요. 베이킹 소다는 염기성 물질이에요. 염기성 물질은 물에 녹으면 수소와 산소가 결합한 수산화 이온(OH-)을 내놓아요. 식초는 알코올이 발효되어 만들어지는 아세트산(CH3COOH)으로 이뤄져 있어요. 아세트산은 수용액에서 수소 이온(H+)을 내놓는 성질인 산성을 띠어요.

염기성 물질인 베이킹 소다와 산성 물질인 식초가 만나면 중화반응●이 일어나요. 이때 이산화탄소(CO2)와 물(H2O), 아세트산나트륨(CH3COONa)이 만들어져요. 특히 이산화탄소 기체가 거품과 함께 많이 생겨요. 이 기체가 풍선 안에 들어가며 풍선이 부풀어 오릅니다.

한걸음 더!

풍선으로 심장 고친다?!

풍선을 차갑게 얼리면 심장이 불규칙하게 뛰는 환자를 치료할 수 있어요. 한 연구팀이 심장 질환 환자의 혈관에 얼린 풍선을 넣었어요. 그 결과는 어떨까요?

심방세동은 심장이 지나치게 빠르고 불규칙하게 뛰는 질환이에요. 2024년 6월, 분당서울대학교병원은 심방세동을 치료할 때 얼린 풍선을 사용하는 방법이 우리나라 환자에게 효과적이라는 연구 결과를 발표했어요.

심장은 위쪽 두 개의 심방과 아래쪽 두 개의 심실로 이루어져 있어요. 심실은 온몸으로 피를 내보내고, 심방은 온몸을 돌고 온 피를 받아들여요. 보통 오른쪽 심방에서 전기 신호가 만들어지고, 이 신호가 심실까지 퍼져 심장을 뛰게 해 피를 내보내게 합니다.

그런데 심방세동 환자는 허파와 심장을 잇는 혈관인 폐정맥에서 비정상적인 전기 신호가 만들어져요. 폐정맥에서 전기 신호가 만들어지면, 1분에 60~100회 뛰던 심장이 100회 이상으로 급격하게 증가합니다.

심방세동을 치료할 때는 영하 89℃로 얼린 28mm 크기의 풍선을 폐정맥 입구에 넣으면 비정상 전기 신호가 지나가는 길을 차단할 수 있어요. 풍선은 고무 재질로, 부드러워 주변 조직의 손상이 적어요. 또 둥근 모양이어서 폐정맥 입구에 딱 맞게 붙지요. 이렇게 하면 심장에 비정상 전기 신호가 전달되지 않아 심장이 규칙적으로 뛰게 됩니다.

연구팀은 이 치료를 받은 299명을 수술 후 2년 동안 관찰했어요. 그 결과, 심방세동 환자의 71.9%가 치료 후 2년 동안 심방세동 증상이 다시 나타나지 않았어요. 치료 전에는 환자의 75.5%가 가슴 떨림이나 피로 증상을 겪었지만, 2년 뒤에는 10.5%로 줄었지요. 연구팀은 “아시아인에게 이 치료법의 효과를 밝혀낸 건 처음”이라고 했어요. 이어 “향후 아시아에 사는 심방세동 환자를 치료할 때 중요한 자료로 쓰일 것”이라고 기대했습니다.

섭섭박사 메이커

실험 하나 더!
바늘에 찔려도 터지지 않는 풍선!

편집부의 파티장에는 날카로운 물건이 너무 많았어요. 홍학 기자는 날카로운 바늘에 찔려도 절대 터지지 않을 풍선을 만들었어요. 스카치테이프만 있으면 가능하답니다!

준비물
풍선, 스카치테이프, 바늘

※ 바늘을 사용할 때는 반드시 보호자와 함께 하세요.

➊ 풍선을 분다.

➋ 스카치테이프를 자른다.

➌ 풍선 한쪽 면에 스카치테이프를 여러 겹 붙인다.

➍ 테이프를 붙인 부분을 바늘로 찌른다.

왜 이런 일이?
➔결과: 스카치테이프를 붙인 부위는 바늘로 찔러도 풍선이 터지지 않는다.

풍선은 얇고 탄성 있는 고무 막이에요. 사람이 입으로 풍선을 불면, 공기가 들어오면서 풍선 표면이 팽팽하게 당겨져요. 이때 표면 전체에 잡아당기는 힘인 장력이 고르게 퍼집니다. 장력이 작용하는 팽팽한 풍선을 바늘로 찌르면 작은 구멍이 생겨요. 이때 이 작은 구멍 주변으로 힘이 몰려요. 이처럼 물체의 특정 지점에 집중되는 힘은 응력이라고 합니다. 응력 때문에 구멍이 빠르게 커지고, 공기가 빠져나가 풍선이 터집니다.

그런데 풍선에 스카치테이프를 붙이고 바늘로 찌르면, 구멍만 날 뿐 풍선이 터지진 않아요. 스카치테이프는 힘이 구멍에 몰리지 않게 응력을 분산시키고, 구멍 주변을 끈끈한 막으로 붙잡아 구멍이 커지는 걸 막아요. 그래서 바늘로 찔러도 구멍으로 공기가 많이 빠져나가지 않아 풍선이 터지지 않습니다.

용어 설명

● 중화반응: 산과 염기가 만나 물과 염을 만들어내는 반응.