물—경이로운 물질

과학자들은 “물리 화학적 성질의 거의 모든 부면에서 [당연히 예상되는 사실과는 달리] 변칙적인 그리고 경이로운 물질”이라고 평하고 있다. 그들은 지금 최근에 발견된 어떤 색다른 화학 물질에 관하여 이야기하고 있는 것인가?

그런 것이 아니고, 흔히 볼 수 있는 물에 관하여 이야기하고 있는 것이다.

어떤 점 때문에 물이 그렇게 독특한 물질이 되었는가? 그 한가지는 물 분자(分子)의 모양 때문이다. 두개의 수소 원자가 장난감 곰에 붙어 있는 귀처럼 산소 원자에 붙어 있어서 물 분자는 한쪽으로 기울어져 있다. 이점 때문에 각 물 분자들은 음극은 아래로 산소 원자가, 양극은 위로 수소 원자가 주위에 붙은 꼬마 자석(磁石)처럼 작용하게 된다.

물질에 자기를 띠게 하면 서로 들러 붙는데 물 분자도 그러하다. 그래서 물은 고도의 “표면 장력”(表面張力)을 가지고 있다. 표면 장력이 있기 때문에 물은 중력을 무시하는 듯이 산(山)처럼 파도를 일으키며, 부드러운 표면에 거품이 일게 한다. 소독용 ‘알코올’ 같은 표면 장력이 약한 다른 액체를 가지고 그렇게 하려고 해보라!

열은 모든 물 분자를 진동시켜 서로 분리시킨다. 그러나 “점착성(粘着性)” 있는 물 분자는 “들러붙”지 않고 즉 증발하면서 많은 양의 열을 흡수할 수 있다. 얼음 한 덩이와 금 한 덩이를 절대 영도라고 불리우는 섭씨 영하 273도까지 얼려서 모든 열을 빼앗았다고 가정하자. 이제 금과 얼음을 같은 비율로 열을 가하기 시작한다. 동일한 양의 열은 얼음보다 금의 온도를 더 빨리 올려준다. 금이 녹고 있을 때 얼음은 아직도 섭씨 영하 184도의 “차가운 얼음”이다.

물이 그렇게 많은 열을 흡수할 수 있기 때문에 우리는 물이 지구의 대부분을 덮고 있는 사실을 기뻐할 수 있다. 낮에 많은 양의 열이 지구의 표면에 내리쬐인다. 해가 지면 열 공급은 갑자기 중단된다. 만일 대양의 물이 그 열의 대부분을 흡수하여 태양의 효과를 조절하여 점차적으로 방출해 주지 않는다면 이러한 매일 24시간의 급격한 변화로 지구상의 생명체는 비참한 상태가 되었을 것이다.

물 분자의 모양은 또한 물이 어는 데에도 영향을 주는데 언 물은 얼지 않은 물보다 더 많은 공간을 필요로 한다. 그것은 얼음이 뜬다는 것을 의미한다.

만약 물이 이 점에서 유별나지 않았다면 어떠한 일이 발생했을 것인가? 겨울이 올 때마다 점점 더 많은 얼음이 대양 밑바닥에 가라앉아 그 다음 여름에 햇볕이 그것을 녹일 수 없게 되었을 것이다. 오래지 않아 대양은 여름에 얇은 표면을 제외하고는 얼어 붙어 버릴 것이다. 증발할 수 있는 물이 점점 줄어들어 육지는 가뭄을 겪을 것이고 생명체는 거의 살아남지 못할 것이다.

여러가지 면에서 우리의 생활은 물 분자의 독특한 모양에 의존하고 있다. 단지 우연히 그러한 상태가 발생하였는가? 아니면 그것은 인자하신 창조주의 우월한 지혜를 반영하고 있는가?

[24면 삽화]

물 분자