녹는 것과 섞이지 않는 것 — 용해와 두 층

지난 시간에는 수증기가 차가운 자리를 만나 다시 물로 돌아오는 응결을 다뤘어요. 얼음·물·수증기는 모습만 셋이지 모두 같은 물이고, 모습이 바뀌어도 사라지지 않았지요.

이번 글부터는 서로 다른 두 물질이 함께 있는 변화를 살펴봐요. 물에 소금을 넣으면 소금은 사라질까요, 아니면 그대로 있을까요. 또 같은 물에 기름을 넣으면 소금처럼 풀릴까요. 녹는 것과 안 녹는 것을 한 글에서 만나 봐요. 이번 학년에는 실험실 시약을 쓰지 않고 부엌의 식재료로 이야기해요.

오늘의 한 문장#

소금은 물에 풀려 보이지 않게 섞이고(용해), 기름은 풀리지 않고 위로 떠 두 층이 돼요. 녹는다는 건 사라진다는 뜻이 아니에요.

이 글은 두 장면을 이어 봐요. 먼저 녹는 것, 그다음 안 녹고 따로 자리 잡는 것이에요.

소금을 넣으면 — 용해#

투명한 유리컵에 물을 담고 식용 소금을 한 숟가락 넣어 봐요. 처음에는 소금이 컵 바닥에 흰 알갱이로 보여요. 시간이 지나면 알갱이가 점점 작아지고, 한참 뒤에는 거의 보이지 않아요. 물은 다시 맑아진 것처럼 보여요.

그렇다면 소금은 사라진 걸까요. 그렇지 않아요. 소금은 물 안으로 풀려 들어가 그대로 거기 있고, 눈에 보이지 않을 만큼 작게 흩어졌을 뿐이에요. 맑은 물에 손끝을 살짝 묻혀 맛보면 짠맛이 나요. 처음 물에는 없던 짠맛이니, 이는 물 안에 섞여 있는 소금에서 온 거예요. (맛보기는 식용 소금에만 한정해요.)

이처럼 물질이 액체 안으로 풀려 들어가 보이지 않게 섞이는 것을 용해라고 해요. 용해로 만들어진 맑고 하나로 보이는 액체는 용액이에요. 소금이 물에 용해된 맑은 물이 곧 소금물 용액이지요.

눈에 보이지 않는데 어떻게 소금이 거기 있다고 말할 수 있을까요. 짠맛이 첫 번째 단서이고, 두 번째 단서는 무게예요. 지난 학년에 다룬 무게 보존을 떠올려 봐요. 같은 물질이라면 모양이 달라져도 무게는 변하지 않았어요. 점토를 공·막대·판으로 바꿔도 양팔 저울은 늘 같은 높이로 멈췄지요. 같은 원리를 용해에도 적용해 봐요.

풀리기 전과 한참 뒤의 무게를 재면 같은 값이 나와요. 소금이 정말 사라졌다면 무게가 줄어야 해요. 무게가 그대로라는 것은 소금이 사라지지 않고 물 안에 그대로 있다는 뜻이에요. 다만 보이지 않을 만큼 작게 흩어져 물 곳곳에 퍼져 있을 뿐이지요.

"녹다" — 같은 말, 두 가지 뜻#

여기서 한 가지를 짚고 가요. 한국어에서는 "얼음이 녹는다"와 "소금이 물에 녹는다"를 모두 "녹다"라고 말하지만, 두 경우는 사실 서로 다른 변화예요.

이번 글에서 만난 용해는 이 가운데 두 번째, 물질이 액체에 풀려 들어가는 경우예요. 얼음이 녹는 것과 소금이 녹는 것은 같은 단어를 쓰지만 다른 현상이라는 점을 구분해 두면 좋아요.

녹는 것과 안 녹는 것#

모든 물질이 물에 녹는 것은 아니에요. 같은 컵에 같은 양의 물을 담고 소금·설탕·모래를 한 숟가락씩 넣으면, 같은 조건에서도 결과가 갈려요.

소금과 설탕은 물에 녹아 투명한 용액이 돼요. 반면 모래는 바닥에 그대로 남고, 휘저으면 잠깐 흐려졌다가 다시 가라앉을 뿐 녹지 않아요. 돌이나 쇠도 마찬가지로 물에 녹지 않아요. 그리고 안 녹는 것 가운데 하나가 바로 기름이에요. 그런데 기름은 모래와는 또 다른 모습으로 안 녹아요.

기름은 안 녹고 두 층이 돼요#

투명한 유리병에 물을 반쯤 담고 식용유를 한 숟가락 넣어 봐요. 기름은 물 안으로 풀리지 않고 그대로 위로 올라가 모여요. 소금처럼 작아져 보이지 않게 되는 일도 없어요. 위에는 노란 기름, 아래는 맑은 물. 위아래 두 칸이 또렷이 보여요.

이렇게 위아래로 나뉜 한 칸을 층이라고 해요. 위에 있는 기름이 위층, 아래에 있는 물이 아래층이고, 두 층 사이에는 가는 경계선이 깔끔하게 생겨요. 소금물은 하나로 섞여 투명한 용액이 됐지만, 물과 기름은 하나로 섞이지 않고 두 층으로 따로 있어요.

그렇다면 세게 흔들면 섞일까요. 병을 손으로 막고 흔들면 기름과 물이 잠시 뒤섞이고, 작은 기름 방울이 물 안에 흩어져 흐릿하게 보여요. 하지만 흔들기를 멈추고 조금 기다리면 작은 방울들이 다시 위로 올라가 한 덩어리로 합쳐져요. 위층 기름·아래층 물 두 층이 처음처럼 돌아오지요.

기름과 모래는 둘 다 물에 녹지 않지만 결과가 달라요. 기름은 위로 떠 층이 되고, 모래는 아래로 가라앉아요. 모래가 가라앉는 동안 물은 잠시 흐려 보이는데, 이렇게 흐린 상태를 탁하다라고 해요. 작은 모래 알갱이가 물 안에 떠 있기 때문이에요. 조금 기다리면 알갱이가 바닥으로 내려가 멈추고 위쪽 물은 다시 맑아져요. 모래도 녹은 것이 아니라, 알갱이가 그대로 바닥에 모인 거예요.

여기에 소금까지 더하면, "혼합물"이라는 한 이름 아래 서로 다른 세 모습이 모여요. 여러 물질이 한데 있는 것을 통틀어 혼합물이라고 해요. 소금물도, 물과 기름도, 물과 모래도 모두 혼합물이지만 그 모습은 서로 달라요.

안전 참고. 이번 학년에는 식용 소금·설탕·식초·식용유와 실온 물만 다루고 실험실 시약은 쓰지 않아요. 맛보기는 식용 소금·설탕에만 한정하고, 알갱이가 눈에 들어가지 않게 보호 안경을 쓰면 좋아요. 병을 흔드는 활동은 보호자와 함께, 병을 손으로 잘 막고 절반 이하만 채워서 해요. 관찰에 쓴 식용유·식초는 먹지 않고 버려요.