2007년 12월 7일, 서해안 태안반도 해상에서 유조선 '허베이 스피릿호'와 삼성중공업의 '삼성1호'가 충돌하여 총 1만 2547㎘의 원유(기름)가 유출되었습니다. 유출된 원유는 태안군을 넘어 충청도 해안 전역, 심지어 전라남도와 제주도까지 흘러들어가 생태계와 지역 경제에 심각한 타격을 입혔습니다.
한편, 엄청난 해양오염 재앙을 함께 극복하고자 서해안으로 향하는 자원봉사자들의 발길이 끊이지 않았습니다.약 123만명의 봉사자들이 매서운 바닷바람 속에서 기름덩이를 제거하는 데 동참하였습니다.
현재 태안의 생태계는 대부분 원상복구 되었지만, 한번 망가진 생태계가 원래의 상태로 돌아오기까지 10년이 넘는 시간과 노력이 들었습니다.
바다로 흘러간 기름은 어떻게 제거했을까요?
물과 기름은 왜 서로 섞이지 않을까요?
물과 기름이 서로 섞이지 않는 이유를 아래 주제 단어들(친수성, 소수성, 극성, 무극성)을 클릭해서 알아봅시다.
친수성 (물과 친한 성질)
물과의 친화력이 강하고 물에 잘 녹는 성질
일반적으로 극성이거나 이온성인 물질
친수성 물질로는 알코올, 아세톤, 메탄올 등이 있음
소수성(물과 멀어지는 성질), 친유성(기름과 친한 성질)
물 분자와 친화력이 부족하여 쉽게 결합하지 못하는 성질
일반적으로 극성을 띠지 않는 물질
소수성을 갖는 것들은 기름과의 친화력이 크기 때문에 친유성임
소수성의 물질은 물과 섞이지 못하기 때문에 그 물질 위에 표면장력으로 인하여 동그랗게 물방울이 형성됨
친수성인 수성잉크
친유성(소수성)인 식용유
일반적으로 극성인 분자는 극성인 분자와 잘 섞이고, 무극성인 분자는 무극성인 분자끼리 잘 섞이는 성질을 가지고 있습니다. 즉, 극성인 분자와 무극성인 분자는 잘 섞이지 않습니다.
물과 기름이 섞이지 않는 것은 물은 극성을 가지고 기름은 무극성의 성질을 가지기 때문입니다.
극성
분자 구조가 비대칭
분자 내에서 양전하와 음전하의 무게 중심이 일치하지 않는 것
극성을 띤 염화수소(HCl )분자
극성을 띤 물(H2O )분자
무극성(비극성)
분자 구조가 대칭
극성이 매우 적거나 없는 것
무극성을 띤 이산화탄소(CO2 )분자
무극성을 띤 질소(N2 )분자
라바램프 만들기
물과 기름이 서로 섞이지 않는 성질을 이용하여 라바 램프를 만들어 봅시다.
(실험 과제: 내가 만든 라바 램프의 사진 찍기)
친수성인 물과 소수성인 식용유가 서로 섞이지 않는 성질을 이용하여 라바램프를 만들 수 있습니다. 물, 식용유, 수성물감, 발포비타민을 이용하여 아름다운 라바 램프를 직접 만들어 봅시다.
<실험 주의사항>
환경을 보호하기 위해 실험 재료는 최소한만 사용합니다.
실험이 끝난 후 뒷정리를 잘 하고, 일회용품은 깨끗하게 씻어서 분리배출합니다.
라바 램프 속 물방울을 더 잘 보기 위해서는 어두운 장소에서 조명을 켜고 관찰하는 것이 좋습니다.
라바 램프 속 물과 기름 섞어보기
서로 친하지 않은 물과 기름을 섞는 방법은 없을까요?
반응이 끝난 라바램프속 물과 기름을 두 가지 방법으로 섞어봅시다.
Q. 발포비타민의 반응이 끝나면 라바램프는 다시 물감용액 층과 식용유층으로 분리됩니다. 이렇게 반응이 끝난 라바램프를 서로 섞으면 어떻게 될까요?
Q. 기름과 물을 섞은 것은 불안정하여 시간이 지나면 다시 층이 분리됩니다. 물과 기름이 서로 섞인 상태를 오래 유지하게 하려면 어떻게 해야 할까요?
물과 기름을 젓가락으로 잘 저어주면 잠깐동안 물과 기름이 섞여 있습니다.
이렇게 물과 기름이 섞인 상태를 무엇이라고 할까요?
에멀션(emulsion )이란? _클릭!
물과 기름과 같이 서로 섞일 수 없는 액체들이 분산된 상태
두 액체를 혼합할 때 한쪽 액체가 미세한 입자로 되어 다른 액체 속에 분산해 있는 계
빛이 산란되어 안개가 낀 듯 뿌연 색(흰색)이 된다.
물과 기름을 섞은 에멀션
물과 기름처럼 서로 용해하지 않는 두 액체를 흔들어서 섞으면 기름이 미세한 입자가 되어 물 속에 골고루 섞이는 에멀션이 됩니다. 하지만 이 상태는 일반적으로 불안정하여 방치해 두면 다시 두 층으로 분리되는 경우가 많습니다.
예) 우유(물, 지방, 단백질이 포함됨), 로션(물 속에 지방산 등이 포함됨), 마요네즈(식용유와 식초가 포함됨) 등
물 위에 떠있는 기름
물에 골고루 섞인 기름
(에멀션 상태)
주방세제를 넣고 잘 저어준 물과 기름은 뿌옇게 섞인 상태로 오래 지속됩니다. (사진의 왼쪽 컵)
주방세제는 물과 기름이 섞인 용액에서 어떤 역할을 할까요?
계면활성제란?_클릭!
물과 기름을 섞이게 해주는 두 가지 다른 성질을 가진 물질 (서로 다른 성질의 물질이 만나는 면에서 활성화된 물질)
친수성과 소수성을 모두 가진 계면활성제
계면활성제는 기본적으로 한 분자 내에 극성인 부분과 비극성인 부분이 함께 존재하는 분자에서 나타나게 됩니다.
즉, 분자 안에 물을 좋아하는 부분인 친수성 부분과 물을 싫어하는 소수성부분을 동시에 갖는 분자들이 계면활성제로 사용될 수 있습니다.
식품, 화장품, 약, 세제, 샴푸, 치약에 이르기까지 우리가 마주치는 수많은 생활용품에 계면활성제가 포함되어 있습니다.
두 층으로 분리된 물과 기름
흔들어 섞어서 에멀션 상태가 된 물과 기름
불안정하여 다시 분리된 물과 기름
계면활성제로 인해 안정된 상태의 에멀션
기름이 들어있는 그릇을 물로만 씻으면 기름때가 그대로 남아있지만, 세제를 사용하면 기름때가 말끔히 제거되는 것은 바로 계면활성제의 역할 때문입니다. 계면활성제의 소수성 꼬리 부분은 기름때와 상호 작용을 하고, 계면활성제의 친수성 머리 부분은 이 기름때-계면활성제 덩어리들이 물에 녹을 수 있도록 작용하여 기름이 물에 의해 씻겨 나가도록 합니다.
빨래에 사용되는 세제도 소수성 부분으로 옷에 진 기름 때들을 섬유로부터 떼어내고, 친수성 부분으로 물에 녹아서 씻겨지도록 하는 계면활성제입니다.
주방세제는 물과 친한 부분과 기름과 친한 부분을 모두 가진 계면활성제입니다. 주방세제를 넣고 물과 기름을 잘 섞어주면 물과 기름이 섞인 에멀션 상태가 안정화되어 물과 기름이 다시 분리되지 않고 뿌연 빛을 띱니다.
하지만, 주방세제를 넣지 않으면 물과 기름이 섞인 에멀션 상태가 불안정해져서 다시 물과 기름으로 층이 나누어지게 됩니다.