인간에게 가장 친숙한 액체는 '물'이다. 지구 표면의 3분의 2 정도를 덮고 있으며 그 안에서 생명은 탄생해 진화를 이루어 왔다. 물 없이 생명은 살 수 없다. 물은 우리 생물의 주위에 있다. 바다, 강, 구름, 비, 토양, 공기뿐만 아니라 체내에도 많은 물이 다양한 형태로 존재하고 있다. 그러나 어디에라도 존재하고 있다고 해서 주목할 만한 특징이 없는 흔한 물질이라는 것은 아니다. 물에는 실로 많은 특이성이 있다. 그리고 그 물의 특이성에 의해 우리 생물은 생존하고 있다.
첫째, 물은 일반적인 물질과 달리 액체에서 고체가 되면 밀도가 작아진다. 이것은 얼음이 물에 뜨는 것을 보면 알 수 있다. 얼음이 물에 뜨는 것은 당연하다고 생각하는 사람이 있을지도 모른다. 그러나 일반적으로 액체보다 고체의 밀도가 낮아지는 물질은 매우 드물다. 많은 물질은 고체가 되면 밀도는 커진다. 그리고 이 물의 특이성에 의해 생물은 탄생할 수 있었던 것이다. 왜냐하면 만약 물이 보통의 물질과 같이 고체가 되었을 때 밀도가 커진다면 겨울일 때 표면에서 생기는 얼음은 바닥에 가라앉고 표면에 남겨진 마지막 물이 얼 때에는 수중의 생물도 모두 동사해 버린다는 것을 의미한다. 수중에서의 생물의 진화가 매우 일어날 수 없었을 것이 틀림없다.
둘째, 물의 비열은 매우 크다. 물은 따뜻해지기 쉽고 식히기 어려운 액체라는 것이다. 물은 대기를 구성하는 분자 중 상온에서 액체가 되는 유일한 물질이다. 1그램의 물의 온도를 1번만 올리는데 필요한 열량(비열)은 1칼로리인데 모든 물질 중에서 가장 큰 것이다. 또한 얼음을 녹이기 위해서는 그램당 80칼로리라는 큰 열량(융해열)을 필요로 하고, 물을 발열시키기 위해서는 그램당 536칼로리라는 예외적으로 큰 열량(증발열)을 필요로 한다. 증발열이 크기 때문에 열을 가해도 좀처럼 증발하지 않는다. 실제로 물은 같은 정도의 분자량을 가진 액체 중에서는 뛰어나 높은 비등점을 가지고 있다. 물의 상태변화에 큰 열량을 필요로 한다는 것은 물이 큰 축열장치로서 작용하는 것을 의미한다. 물의 비열이 크다는 특이성은 지구 기후의 온난화와 안정화를 가져왔고 생명체의 기능을 유지하기 위해 필요한 미묘한 체온조절을 가능하게 했다.
셋째, 물의 용해능은 매우 높다. 물은 많은 물질을 녹일 수 있다. 소금과 같은 이온성 물질이나 유기물도 녹일 수 있다. 물만큼 많은 물질을 녹일 수 있는 액체(용매)는 그다지 없고, 특히 무기화합물을 이온으로 분해하여 녹이는 힘은 압도적이다. 물은 또한 결정수 또는 수산기의 형태로 다른 결정 및 미네랄과 결합할 수 있다. 이것은 상당히 안정적이어서 결정수는 200℃ 정도, 수산기가 된 것은 600℃ 정도 가열하지 않으면 분해하지 않는다. 이 특이성으로 바다에는 생물에 필요한 많은 영양소가 녹아 생물이 탄생할 수 있었다. 또한 체내에 흡수된 영양이 흡수되는 과정에서도 물의 용해능이 필요하다. 흡수된 영양소는 혈액이나 체액에 녹아 몸에 운반된다. 몸의 말단까지 영양소가 퍼지는 것도 물의 특이성 덕분이다.
물은 가장 흔한 물질 중 하나로 지구에 널리 분포되어 있다. 그러나 다른 물질과 비교할 때 물은 많은 특이성을 가지고 있다. 보편성과 특이성을 가진 물이 모든 생명의 존재를 지원하고 있으며, 현재의 지구 그 자체도 물에 의해 초래되었다고 해도 좋을 것이다. 너무 가까이 있기 때문에 평범하다고 생각하는 물의 다양한 성질이 매우 특이하다는 것을 알고 있다는 것은 배운 사람일지도 모른다. 지금까지 물에 관한 수많은 연구가 이루어졌으며 그 성질과 액체구조도 점차 밝혀졌다. 그럼에도 불구하고 분자 수준의 물의 운동에 대해서는 여전히 많은 수수께끼가 남아 있다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 水の特異性
https://subsites.icu.ac.jp/people/yoshino/NSIIIfinalTakino_A07.html#:~:text=%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E3%81%AB%E3%80%81%E6%B0%B4%E3%81%AE,%E3%81%A7%E6%9C%80%E3%82%82%E5%A4%A7%E3%81%8D%E3%81%84%E3%82%82%E3%81%AE%E3%81%A0%E3%80%82
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