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고드름 내부의 작은 거품은 '기포'가 아닌 것으로 판명!
고드름 거품은 기포가 아닙니다.
캐나다 토론토 대학에서 고드름 거품이 형성되는 과정을 조사한 결과 거품 내부는 공기가 아니라 주변보다 불순물이 많은 물인 것으로 나타났습니다.
또한 본 연구에서는 순수한 고드름을 만들 때는 기포가 없었으나 불순물의 농도에 따라 기포가 증가하여 고드름의 형태에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
우리가 어렸을 때 빛에 비친 고드름에는 어떤 비밀이 숨겨져 있었을까요?
자세한 연구 내용은 "Physical Review E"에 게재되어 있습니다.
알고 보니 고드름 속 작은 기포는 '공기'가 아닌 '물'로 채워져 있었습니다!
추운 기후에 사는 사람이라면 누구나 고드름에 작은 거품이 많이 포함되어 있다는 것을 알아차렸을 것입니다.
대부분의 사람들은 이러한 거품을 '공기 방울'이라고 생각할 것입니다.
그러나 지금까지 기포 형성 과정이나 '고드름' 내부 내용물에 대한 자세한 연구는 없었기 때문에 기포가 정말 공기 알갱이인지는 불분명했습니다.
그래서 이번에 토론토대 연구진은 소금이나 설탕 등 불순물을 녹인 수용액으로 고드름을 만들어 기포 형성 과정을 시각화하고 내용물을 알아보기로 했습니다.
불순물 농도에 따라 내부 기포 분포 패턴 및 외관 변화
내용은 불순물 농도가 증가함에 따라 고드름 내부에 층상 구조가 나타나고 띠 모양의 기포가 나타났습니다.
불순물의 농도가 높아질수록 기포의 수와 탁도가 증가하고 고드름의 모양이 물결처럼 변하였습니다.
반면에 불순물이 없는 순수한 물로 만든 고드름은 기포가 거의 없는 깨끗한 원뿔 모양입니다.
이러한 결과는 고드름 내부에 기포가 발생하기 위해서는 불순물의 존재가 필요함을 보여줍니다.
더욱 놀라운 사실은 고드름의 모양을 결정하는 것은 소금이나 설탕과 같은 불순물의 종류가 아니라 불순물의 농도뿐이라는 사실입니다.
그래서 연구원들은 "고드름의 모양은 화학적 요인이 아니라 물리적 요인에 의해 결정된다"고 결론지었습니다.
고드름 불순물에 형광 염료를 사용하면 거품 부분이 녹색으로 빛납니다.
다음으로 연구원들은 기포 형성 과정을 시각화하고 기포의 정체를 확인하기 위해 물에 불순물로 녹색 빛을 내는 형광 염료 용액을 준비하기로 했습니다.
거품이 기포면 거품 내부가 비어 있고 녹색으로 빛나지 않습니다.
그러나 실험 결과 주변 얼음이 빛나지 않고 거품 내부가 녹색으로 강하게 빛나는 것으로 나타났습니다.
이 결과는 불순물인 형광염료가 발포체에 농축되어 있을 가능성을 나타냅니다.
이에 연구진은 고드름 거품이 거품이 아니라 고농도 불순물이 응축된 용액으로 얼지 않은 액체 상태라는 결론을 내렸습니다.
도로에 소금을 뿌려 동결 방지하는 모습
같은 액체인데 왜 고드름 안에 거품 같은 구조가 생기는 걸까요?
그 이유는 동파를 방지하기 위해 도로에 소금(염화칼슘)을 뿌리는 이유에서 설명할 수 있습니다.
소금을 물에 녹이면 어는점(어는점)이 평소보다 낮아지는 것으로 알려져 있는데, 얼음이 되려면 온도가 0℃보다 낮아야 합니다.
예를 들어, 염 농도가 22.4%인 수용액에서 결빙 온도는 -21.2°C로 떨어집니다.
이 때문에 설국의 도로는 동결을 방지하기 위해 염화칼슘으로 덮여 있습니다.
실험에 사용된 형광염료에서도 비슷한 어는점 강하가 일어나는 것으로 알려져 있으며, 고드름 거품 내부에 불순물 농도가 높기 때문에 고드름 자체보다 얼기 어려운 것으로 알려져 있다.
대부분의 자연환경에서는 고드름체가 얼더라도 불순물 농도가 높은 부분도 얼지 못합니다.
그래서 내부에서 얼지 않고 액체 상태로 남아있던 부분이 거품처럼 생겼습니다.
(※본 실험도 자연 고드름을 만들기 위해 빙점에 가까운 온도에서 천천히 식힙니다.
그러나 이 연구에서는 불순물의 존재로 인해 기포나 고드름 모양이 물결 모양으로 나타나는 이유가 명확하지 않았습니다.
연구자들은 더 자세한 설명은 이론가들에게 맡기고 싶다고 말합니다.
