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연재 기사

한여름의 눈 내리는 크리스마스

어린이과학동아 2005.08.1516호

‘아~, 빨리 겨울이 왔으면 좋겠다’뜨거운 햇살 아래서 축구를 하고 돌아온 건우가 땀을 흘리며 중얼거렸어요. 그 때였어요.

‘어린이과학동아’가 갑자기 빛나기 시작한 거예요.‘ 어린이과학동아’에서 나오는 빛은 점점 강해지더니 눈을 뜰 수 없을 정도로 강해졌어요. 얼마가 지났을까…, 건우가 살며시 눈을 떠 보니 다운이와 겨운이가 밖으로 나와 건우를 쳐다보고 있었어요. 외계인이 준 양자순간이동기를 타고 건우네 집으로 온것이지요. 건우는 너무 놀라 누나를 막불렀어요.

‘ 정원누나아~’. 소리를 듣고 달려온 정원이는 너무 놀라 눈만 껌뻑 거렸답니다.‘ 너무 덥지?’‘우리 시원하게 눈 맞으며 놀까?’다운이와 겨운이가 정원이 와 건우에게 말을걸었어요. 정원이와 건우는 어리둥절했지만 그렇게하기로 했답니다. 친구들도 시원한 눈을 보고 싶지 않나요? 그렇다면 다운이와 겨운이를 따라오세요.

하얀 연기와 함께 만나는 눈덩이
겨운이가 하얀 연기 사이로 무언가를 들고 오네요. 어디 자세히 볼까요? 우와~, 정말 예쁜 하얀 눈덩이에요. 그런데 이 눈덩이는 눈으로 만든 것이 아니라고 해요. 눈이 아니면 도대체 무엇으로 만드는 것일까요? 바로 이산화탄소랍니다. 이산화탄소로 만든 눈덩이라니 정말 신기해요. 이 눈덩어리는 드라이아이스라고 부르는데요. 물이 없는 얼음덩어리 같아서 드라이(dry)아이스(ice)예요.

이산화탄소가 고체형태로 있는 것이랍니다. 드라이아이스는 독특한 특징이 있어요. 물은 고체인 얼음이 녹아 물이 되고 다시 기체인 수증기가 되지만 고체 이산화탄소인 드라이아이스는 바로 기체로‘승화’된답니다. 이 때 주변의 열을 많이 빼앗아 가게 되어 주변을 차갑게 만드는 것이죠.

이 드라이아이스로 -78.5℃까지 온도를 내릴 수 있으니 정말 차가운 눈덩이에요. 아참! 드라이아이스를 맨손으로 만지면 동상을 입을 수 있으므로 장갑을 끼고 만져야한다는 점 잊지 마세요.

숟가락 속의 눈세상
[실험재료 : 드라이아이스, 금속재질 숟가락, 장갑]
숟가락을 드라이아이스 가까이에 두면 공기 중의 수증기가 마치 눈이 쌓인 것처럼 하얗게 응결되어 얼게 된다. 그 이유는 드라이아이스가 주변의 열을 빼앗기 때문이다. 금속재질의 숟가락을 사용하는 이유는 플라스틱이나 유리, 나무와 같은 재질보다 금속이 열전도가 더 잘되어 물이 쉽게 얼기 때문이다.

눈의 결정체는 왜 항상 육각형일까?
그 이유는 바로 눈의 성분이 물이기 때문이죠. 물은 화학식으로 H₂O라고 쓰는데요. 한 개의 산소(O)에 두 개의 수소(H)가 결합된 구조를 가지고 있어요.

두 수소가 결합하는 각도와 물 분자끼리 어울리는 방식에 따라 물 분자의 모양이 형성되는데, 물 분자는 오른쪽 그림과 같이 결합해 육각형으로 배열될 때 가장 안정적인 모양이 된답니다. 즉, 눈 결정은 물 분자가 안정적인 모양으로 배열해 얼어붙은 것이죠.

컵 속에 함박눈
이번엔 다운이가 들고 있는 컵에서 마술 같은 일이 벌어졌어요. 컵 속에 하얀 함박눈이 펑펑 내리는 거예요. 우와~, 이런 마술은 어떻게 부리는 걸까요? 바로 염화암모늄(NH₄Cl)이 부리는 마술이랍니다. 컵 속에 뜨거운 물을 붓고 염화암모늄이 더 이상 녹지 않을 때까지 녹여요. 컵 속의 뜨거운 물을 식히면 염화암모늄이 결정이 되어 눈처럼 내리는 것이죠.

그렇다면 뜨거운 물이 식을 때 결정이 만들어지는 이유는 무엇일가요? 바로 물의 온도에 따라 녹을 수 있는 염화암모늄의 양이 다르기 때문이에요. 물에 설탕을 녹일 때 뜨거운 물에서 더 잘 녹는 것을 볼 수 있지요. 염화암모늄이나 소금, 설탕과 같이 물에 녹는 물질은 물의 온도가 높으면 더 많이 녹고 물의 온도가 낮으면 적게 녹는답니다.

물의 온도가 높은 때는 많이 녹아 있던 물질이 온도가 낮아지면서 녹지 않은 상태로 결
정이 만들어지는 것이죠.

[실험재료 : 염화암모늄(NH₄Cl),뜨거운 물, 컵]
염화암모늄을 60℃ 이상의 물에 더 이상 녹지 않을 때까지 녹인다. 물이 식으면 염화암모늄의 결정이 눈처럼 아름답게 내린다.


짭조름한 눈이 내린 나무
소금을 이용해도 눈을 만들 수 있어요. 소금을 이용한 눈도 바로 뜨거운 물에서는 녹았던 소금이 온도가 내려가면서 결정화되는 것을 이용한 것이죠. 뜨거운 물에 소금이 더 이상 녹지 않을 때까지 녹여요. 이렇게 더 이상 녹지 않는 용액을‘포화 용액’이라고 불러요.

이 포화 용액의 온도가 낮아지면 물에 녹을 수 있는 소금의 양의 적어져 소금이 결정이 되지요. 뜨거운 포화 용액 안에 나무를 넣어 두었더니 소금 결정이 나무에 붙어서 짭조름한 소금 눈이 소복하게 내린 나뭇가지가 되었네요.

포화 용액의 온도가 내려가면 왜 결정이 되는 것일까?
온도가 낮아지면 물질을 구성하는 입자들의 운동이 느려지게 됩니다. 입자들의 운동이 느려지면 입자 사이에 서로 당기는 힘이 커져 서로 모여 결정을 이루게 된답니다.



거품 눈이 내리는 집!
예쁜 눈을 보여 준 다운이와 겨운이에게 건우도 뭔가 보답을 하고 싶었어요. 무엇으로 보답할까 고민하던 정원이와 건우에게 번뜩 생각난 것이 있었어요. 바로 지난 생일 잔치 때 사용했던 눈 스프레이랍니다. 정원이와 건우,다운이 겨운이는 신나게 눈을 뿌리며 깔깔깔 웃었답니다.

그 때 갑자기 정원이와 건우는 궁금해졌어요? 눈 스프레이는 어떻게 만드는 것일까 하고 말이죠. 눈 스프레이는 어떻게 만드는 것일까요?

눈 스프레이는 쉽게 말하면 눈처럼 보이는 거품이에요. 눈 스프레이 속에는 액체 상태의 가스와 거품을 만들 용액이 들어 있어요. 스프레이를 누르면 스프레이 안에 갇혀 있던 액체가 기체가 되어 나오면서 눈처럼 보이는 작은 거품들을 만들게 되는 것이랍니다.


너희들도 만들어 봐!
다함께 즐겁게 웃고 있을 때 갑자기 이상한 소리가 났어요. 삐삐삐~ 삐익. 다운이와 겨운이가 갑자기 아쉬운 표정을 지었어요. 이제 돌아갈 시간이 되었다고 환원휴대폰이 알려 주는 거래요. 다운이와 겨운이가 돌아가는 것은 정말 아쉽지만 다음에 또 만나기로 꼭꼭 약속했어요.

환원휴대폰에 비밀번호를 입력하자 다운이와 겨운이는 눈깜짝 할 사이에 다시 책으로 들어가 있었어요. 정원이와 건우는 꿈을 꾼 건 아닌가 하고 또 잠시 어리둥절했답니다. 서로 볼을 꼬집어 보고 꿈이 아니란 걸 알았죠. 정원이와 건우는 더운 여름이지만 이제 더 이상 덥지만은 않았어요. 바로 보기만 해도 시원한 눈을 여러 가지 물질로 만드는 방법을 알았으니까 말이죠.

친구들도 덥다고 짜증만 부리지 말고 보기만 해도 시원한 하얀 눈을 한번 만들어 보는 것은 어떨까요? 하지만 조금 긴장하세요. 하얀 눈 만들기를 하고 있을 때 다운이와 겨운이가 살며시 친구들 집으로 찾아갈지도 모르거든요.

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