섭섭박사님의 회사가 새로운 곳으로 이사했어요. 섭섭박사님은 새 작업실, 새 책상에 신이 났지요.

“새로운 책상 위를 어떻게 꾸밀까?”

고민하던 섭섭박사님은 초여름을 시원하게 해줄 분수를 만들기로 했어요.

➊ 숟가락을 이용해 베이킹소다 세 숟갈을 유리잔에 넣는다.

➋ 식물성 기름을 유리잔에 가득 담는다.

➌ 또 다른 유리잔에 식초를 10분의 1가량 채우고 물감을 섞는다.

➍ 기름이 담긴 유리잔에 물감을 섞은 식초를 붓는다.

왜 이런 일이?

→ 결과 : 거품이 아래에서 위로 솟아오른다!

식초는 아세트산이라는 물질로, 베이킹소다는 탄산수소나트륨이라는 물질로 이뤄져 있어요. 아세트산과 탄산수소나트륨은 서로 만나면 ‘중화반응’이라는 특별한 화학반응을 일으켜요. 그 결과 아세트산나트륨과 물, 그리고 기체 상태의 이산화탄소가 생깁니다.

기체는 액체보다 훨씬 가벼워서 금방 액체 밖으로 나가려는 성질이 있어요. 그래서 중화반응으로 갑자기 늘어난 이산화탄소 기체는 기름 밖으로 나가려고 하면서 비누거품처럼 거대해지고 위로 솟구쳐요. 한편, 식초는 기름과 잘 섞이지 않아 층을 이루고 있어요. 이때 더 무거운 식초가 아래층에 있어 식초에서 생긴 이산화탄소 기체가 보글보글 떠오르는 모습이 분수처럼 보인답니다.

탄산수를 세게 흔들면 물에 녹아있던 이산화탄소가 기체로 변하면서 기포가 생겨요. 한꺼번에 많이 생긴 기포는 탄산수와 뭉치면서 거품이 되어 흘러넘치기도 하지요. 그런데 스파클링 와인인 샴페인을 흔들었을 때 생기는 거품은 탄산수의 거품과 조금 다른 모습이에요. 스포츠 게임에서 우승팀이 뻥 하고 샴페인을 터트릴 때 보면 거품이 얇고 높게 솟아오르는 걸 볼 수 있지요. 왜 이런 차이가 생기는 걸까요?

지난해 5월, 미국 브라운대학교와 프랑스 툴루즈대학교 공동연구팀은 탄산음료의 종료에 따라 거품이 다르게 흘러나오는 이유를 찾아냈어요. 연구팀은 먼저 탄산수와 샴페인, 맥주의 구성 성분을 분석했어요. 거품이 다르게 흐르는 이유는 계면활성제 때문이었어요. 계면활성제는 성질이 다른 두 물질이 만나는 면에서 표면 장력을 줄여주는 물질인데, 기포와 액체가 안정적으로 섞이도록 도와줘요.

연구팀은 김이 충분히 빠진 각 음료를 투명한 용기에 채운 뒤 주사기를 이용해 공기를 넣으면서 기포가 어떻게 이동하는지 관찰했지요. 그 결과, 같은 크기의 기포를 넣어도 계면활성제가 많이 들어가 있는 음료일수록 계면활성제가 기포를 단단하게 잡아줘 거품이 똑바로 높게 솟아오르는 것을 알아냈어요. 계면활성제가 적은 탄산수는 아래로 흘러내리고, 계면활성제가 많이 든 샴페인은 똑바로 솟아올랐지요. 브라운대 물리학과 일로베르토 제니트 교수는 “우리가 쓰고 버린 물, 즉 하수를 거품으로 만들어 처리하는 하수처리 기계에 계면활성제를 넣으면 거품이 더 잘 모아져 환경 오염을 덜 일으킬 것”이라고 설명했어요.

➊ 생수병 위쪽을 칼로 자르고, 뚜껑 가운데를 송곳으로 뚫는다.

➋ 구멍에 빨대 끝을 접착제로 붙인다. 이온음료 페트병 뚜껑을 송곳으로 뚫고 앞서 만든 것과 맞대어 접착제로 붙인다.

➌ 이온음료 페트병의 뚜껑을 송곳으로 뚫는다. 새로운 빨대와 연결하고, 접착제를 붙인다.

➍ 생수병과 이온음료 페트병의 옆쪽을 송곳으로 뚫는다. 두 구멍을 짧은 빨대로 연결한다.

➎ 모든 뚜껑을 닫고, 이온음료 페트병에 빨대를 연결한다.

➏ 생수병에 물을 끝까지 채워주고, 이온음료 페트병으로 그 물을 다 옮긴다.

➐ 생수병에 물을 넣어준다.

왜 이런 일이?

→ 결과 : 분수가 계속 흘러나온다!

영원히 흐르는 분수의 비밀은 물을 밀어내는 공기의 힘에 있어요. 공기에 의해 생기는 압력, 공기압이라고 해요. 자전거 타이어에 공기를 집어 넣으면 타이어 안이 빵빵해지는 것이 바로 공기압 때문이에요. 공기가 너무 많이 들어가면 공기압이 너무 세져 타이어가 펑 하고 터질 수 있지요.

이 분수는 공기압이 물에 압력을 줘서 물을 움직이는 원리를 이용해요. 생수병에 물을 부으면 그곳에 가득 차 있던 공기가 옆쪽 이온음료 페트병으로 옮겨 가려고 하지요. 그러나 이온음료 페트병 역시 물이 가득 차 있어서 그 공기가 이온음료 페트병 물을 밀어내는 압력을 가합니다. 그래서 빨대로 물이 밀려 올라가요. 빨대에서 흐른 물이 다시 공기를 밀어내면서 이 분수는 계속 흐르는 거지요. 따라서 이 실험에서 가장 중요한 건 페트병들 안에 새는 구멍이 없어 공기압이 물로만 향하도록 하는 거예요.