액체는 분자가 불규칙하게 무리를 지어 존재하는 형태로 기체와는 달리 압력이나 온도에 의해 부피가 많이 변화하지 않는 특성이 있다. 물질이 흘러 움직일 수 있는 성질을 유동성이라고 하는데 액체는 유동성을 지니고 있으며, 일정한 모양이 없어 담는 용기에 따라 모양이 결정된다. 같은 질량의 기체에 비해 부피가 매우 작아 기체에 비해 밀도가 매우 크다. 액체 중 물의 경우 매우 독특한 성질을 지니고 있어 지구의 기상현상과 생명체 내에서 일어나는 다양한 현상을 물의 특성으로 설명할 수 있다. 먼저 물의 분자 구조상의 특징을 보면 극성 분자이다. 산소 원자의 전기음성도가 수소 원자보다 커 산소가 부분적인 음전하, 수소가 부분적인 양전하를 띠고 있다. 물은 분자 사이에 수소결합을 형성하여 분자량이 비슷한 물질에 비해 끓는점과 녹는점이 높다. 또 물은 분자사이에 수소결합을 하면서 물이 얼음으로 변할 때 독특한 육각형 구조로 배열하여 오히려 빈 곳이 증가하면서 부피가 증가하는 특징을 지니고 있다. 일반적으로 액체가 고체로 상태변화를 할 때 분자 사이의 거리가 가까워져 부피가 감소하여 밀도가 증가하는 특징을 지녀, 대부분의 액체에 그 물질의 고체를 넣으면 가라앉는 특징을 지닌다. 그러나 물의 경우 얼음이 될 때 오히려 부피가 증가하여 밀도가 작아져 물 위에 얼음이 뜨는 현상이 나타난다. 추운 겨울에 강이나 호수에 얼음이 얼 때 표면부터 얼어서 호수나 강바닥의 생명체가 생명을 유지할 수 있는 것도 물의 수소결합과정에서 부피가 증가하는 독특한 성질로 설명할 수 있다. 만약 지구상에서 수소결합이 사라진다면 어떻게 될까? 가장 큰 문제는 얼음이 물에 가라앉아 해수면이 올라가고 호수가 아래부터 얼어서 물에서 생명체가 살아남을 수 없다는 과학적인 상상도 가능할 것이다. 또 물의 온도변화가 급격하게 일어나서 생명체가 일정한 온도를 유지할 수 없다는 상상도 가능하다. 그 이유는 물의 열용량이 다른 액체에 비해 크기 때문이다. 물질의 온도를 1℃ 올리는데 필요한 열량이 열용량의 개념인데 이 값이 큰 액체인 물이 우리 몸의 대부분을 구성하고 있어 외부온도가 급격히 올라가거나 내려가더라도 체온이 급격하게 변하지 않아 일정한 체온을 유지하는데 유리한 조건을 지닌다. 해안지방에의 일교차가 내륙지방보다 작은 이유도 물의 열용량이 커서 온도변화가 상대적으로 작아서 일어나는 현상이고, 해안가에서 낮에는 해풍이 불고 밤에는 육풍이 부는 원리도 물의 열용량이 커 낮에는 천천히 가열되어 바다 쪽에 상대적으로 차가운 공기가 쌓이고 밤에는 천천히 냉각되어 육지 쪽에 상대적으로 차가운 공기가 쌓여 바람의 방향이 바뀌는 것이다. 이렇게 다양한 현상의 물의 열용량이 크다는 사실로 설명할 수 있다. 물의 또 다른 특성 중 하나는 표면장력이 크다는 것이다. 물 뿐 아니라 액체들은 표면장력이 존재한다. 액체의 표면적을 작게 하여 최소화하려는 특징을 의미하는데 표면이 구형일 때 가장 표면적이 작아지면서 가장 안정한 힘의 균형을 이룬다. 그래서 물방울은 구형을 이루게 되고 풀잎에 맺힌 이슬방울이 둥근 형태인 이유이다. 물 위에 바늘이나 클립을 살짝 올려놓으면 가라앉지 않고 뜨며, 이 성질을 이용하여 간이 나침반을 만들 수도 있다. 바늘이나 클립을 구성하는 소재는 금속으로 당연히 물보다 밀도가 커서 가라앉는다. 그러나 물의 표면에 살짝 올려놓으면 표면장력에 의해 바늘이나 핀이 떠 있을 수 있다. 이때 표면에 비눗방울을 떨어뜨리면 바늘이 가라앉게 되는데 물의 표면장력을 감소시키기 때문이다. 비눗물과 같이 액체의 표면장력을 감소시키는 물질을 계면활성제라고 하고, 세제나 화장품의 제조 등에 이용하고 있다. 소금쟁이가 물 위를 걸어 다니는 현상과 모세관현상을 설명하는 원리도 액체의 표면장력을 활용하여 설명할 수 있다.
댓글