오늘부터는 수질 화학에 대해 정리합니다.
지구상에서 물은 중요한 역할을 하고 있으며, 특히 인간의 관점에서 물은 생존에 없어서는 안되는 필수적 자원이라고 할 수 있다. 이런 맥락에서 인간은 질(quality)과 양(quantity)의 측면에서 물이라는 자원을 취급한다. 즉 필수 자원인 물이 적정 수준의 수질을 갖지 않으면 인간의 생존을 위해 사용하기 어려우며, 또한 적당한 양이 보장되지 않으면 인간의 생존에 큰 위협이 될 수 있다.
여기서는, 수질(water quality)에 대해 살펴보자. 수질이란 물속에 포함되는 여러 가지 물질로 인해 물이 질적으로 어떤 특성을 갖는지를 표현하는 말이다. 수질이라는 용어를 사용할 때, 우리는 인간의 관점에서 어떤 용도에서 사용할 수 있는 물인지를 판단하려는 의도 속에 있는 경우가 많다. 예를 들어, 흔히 환경부에서 정한 3급수라는 용어를 사용할 때, 이는 물이 포함하고 있는 여러가지 물질로 인해 그 물이 상당히 오염되어 있어 특정 용도의 물로는 적합하지 않을 수 있다는 의미를 전제하고 있다. 물의 수질을 나타내는 항목에는 여러가지가 있는데, 대표적으로 탁도(turbidity), 색도(color), 수소이온농도(pH), 산도(acidity), 알칼리도(alkalinity), 경도(hardness), 용존산소농도(dissolved oxygen), 생물학적 산소 요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총유기탄소농도(TOC), 그 외 질소 농도, 인 농도, 부유 고형물 농도(SS), 불소이온, 염소이온, 황산이온, 칼슘이온, 마그네슘이온, 철이온, 망간이온 등 음이온 및 양이온 농도 등이 있다.
본 글에서는 생활에서 그리고 산업분야에서 널리 쓰이고 있는 경수(hard water)와 연수(soft water)에 대해 살펴보자. 경수란 말 그대로 '강한 물'이라는 의미라고 할 수 있다. 자연계의 물 속에 흔히 존재하는 칼슘이온과 마그네슘이온, 기타 양이온의 농도가 높으면 이는 경수 쪽에 가까운 물이된다. 반대로 이들 이온의 농도가 낮으면 이는 '부드러운 물'이라는 의미에서 연수에 가까운 물이다. 이 용어가 의미하는 바를 생활과 연관지어 살펴보면, 물에 칼슘과 마그네슘 농도가 높으면 그 물에는 비누가 잘 풀리지 않는 특징이 있다. 이들 이온의 농도가 낮은 물에서 비누가 쉽게 풀리고 세척력이 양호한 경향이 있다. 이런 점에서 생활에서 사용하는 물로 경수보다는 연수가 바람직하다. 그 의미를 산업현장과 연관지어 살펴보면, 경수는 온수 파이프 배관 속에 스케일(scale)을 형성하여 배관 효율을 저하시키고 열교환 효율을 떨어뜨리는 특징을 갖는 물이다.
경수인지 연수인지를 구분하는 정량적 기준은 사회마다 조금씩 다를 수 있다. 이를 구분하는 양적 지표가 경도(hardness)이다. 경도는 보통 물속에 존재하는 2가 양이온(Ca, Mg, Sr, Fe, Mn)의 양을 CaCO3로 환산, 계산하여 표현한다. 경도에 따른 물 분류는 다음과 같다.
표 1. 경도와 경수 판정 기준
-----------------------------------------------
Hardness Degree of
mg/L as CaCO3 hardness
-----------------------------------------------
0~75 soft
75~150 moderately hard
150~300 hard
300 이상 very hard
-----------------------------------------------
_______________________________________________________________________________________________
* 개별 이온의 경도(Hardness) 계산
hardness (in mg/L) as CaCO3 = (2가 금속이온 농도)(mg/L)x50/(2가 양이온 질량 당량(원자량의 1/2))
* 계산의 예
- 조건
물에 포함된 양이온: Na+ 20mg/L, Ca2+ 15mg/L, Mg2+ 10mg/L, Sr2+ 2mg/L
- 총 경도계산
1) 2가 금속이온인 Ca, Mg, Sr의 농도만 고려한다.
(Ca의 원자량: 40.0, Mg의 원자량: 24.30, Sr의 원자량: 87.6)
2) Ca2+에 의한 경도 : 15x50/20=37.5
Mg2+에 의한 경도: 10x50/12.2=41.0
Sr2+에 의한경도: 2x50/43.8=2.3
3) 물의 총 경도
물의 총 경도 = 37.5+41.0+2.3=80.8mg/L as CaCO3
_______________________________________________________________________________________________
위와 같은 계산방법에 의해 국내 수돗물의 일반적인 이온 농도를 고려하여 경도를 계산해 보면 다음과 같다.
* 국내 서울시 수돗물내 일반적인 2가 이온 농도: Ca2+ 20mg/L, Mg 5mg/L, 나머지 1mg/L 이하로 무시
* 경도 계산: 20x50/20 + 5x50/12.2 = 70.5 mg/L as CaCO3
---> 위 표 1에 의하면 이 수돗물은 soft water라고 할 수 있다!!!
* 위의 계산에 따라 서울시 수돗물은 이미 연수(soft water)라고 할 수 있고, 별도의
연수화 장치가 대개의 경우 필요하지 않음.
2019년 6월 29일 토요일
물분자의 화학 4 - 극성용매로서의 물
극성용매로서의 물
물분자는 극성(polarity)을 띤 용매의 대표격이다. 극성 또는 비극성(non-polarity)이란 공유결합(covalent bonding)을 하는 다원자 분자의 전기적 특성을 지칭하는 것이다. 분자에 존재하는 전자가 분자를 구성하는 일부 전자에 쏠려 있어서 전기적으로 (+)전하나 (-)전하가 분자에 뚜렷히 나타날 때 이를 극성을 띤다고 하며, 전기적으로 (+)나 (-)가 뚜렷하지 않을 때 이를 비극성을 띤다고 말한다. 다른 말로, 어떤 분자에 양전하 중심과 음전하 중심이 일치하지 않고 분리되어 나타날 때 이 분자는 극성을 띤다고 한다.
물분자는 전기음성도(electronegativity)가 큰 산소원자의 양 쪽에 수소원자가 결합되어 있는 공유결합 분자로, 전자가 산소쪽으로 이동해 있어 산소원자는 부분적으로 (-)전하를 띠고 있고 이에 비해 두 수소원자는 부분적으로 (+)전하를 띠고 있다. 이렇게 하여 물분자는 뚜렷하게 극성을 갖는 극성분자라고 할 수 있다.
이렇게 극성을 갖는 물은 극성을 띤 여러 물질, 그리고 전하를 띤 다양한 종류의 이온성 물질을 녹일 수 있는 특징을 갖는다. 이러한 특성은 바닷물에 여러 물질과 다양한 종류의 이온들이 녹아 있는 것을 생각하면 쉽게 이해할 수 있다. 한편 물에 석유나 기름과 같은 물질은 섞이지 않고 분리되어 존재한다. 이것은 이들 석유나 기름이 비극성 물질이어서 극성을 띤 물에 쉽게 섞이지 않기 때문으로 생각할 수 있다.
물이 극성 용매라는 것은 지구상에서 물이 독특한 역할을 하는 것과 밀접하게 연관된다. 물은 수권에 머물다가 기권, 지권, 생물권 모두에 영향을 주며, 결과적으로 지구 기후에 지대한 영향을 준다.
물분자는 극성(polarity)을 띤 용매의 대표격이다. 극성 또는 비극성(non-polarity)이란 공유결합(covalent bonding)을 하는 다원자 분자의 전기적 특성을 지칭하는 것이다. 분자에 존재하는 전자가 분자를 구성하는 일부 전자에 쏠려 있어서 전기적으로 (+)전하나 (-)전하가 분자에 뚜렷히 나타날 때 이를 극성을 띤다고 하며, 전기적으로 (+)나 (-)가 뚜렷하지 않을 때 이를 비극성을 띤다고 말한다. 다른 말로, 어떤 분자에 양전하 중심과 음전하 중심이 일치하지 않고 분리되어 나타날 때 이 분자는 극성을 띤다고 한다.
물분자는 전기음성도(electronegativity)가 큰 산소원자의 양 쪽에 수소원자가 결합되어 있는 공유결합 분자로, 전자가 산소쪽으로 이동해 있어 산소원자는 부분적으로 (-)전하를 띠고 있고 이에 비해 두 수소원자는 부분적으로 (+)전하를 띠고 있다. 이렇게 하여 물분자는 뚜렷하게 극성을 갖는 극성분자라고 할 수 있다.
이렇게 극성을 갖는 물은 극성을 띤 여러 물질, 그리고 전하를 띤 다양한 종류의 이온성 물질을 녹일 수 있는 특징을 갖는다. 이러한 특성은 바닷물에 여러 물질과 다양한 종류의 이온들이 녹아 있는 것을 생각하면 쉽게 이해할 수 있다. 한편 물에 석유나 기름과 같은 물질은 섞이지 않고 분리되어 존재한다. 이것은 이들 석유나 기름이 비극성 물질이어서 극성을 띤 물에 쉽게 섞이지 않기 때문으로 생각할 수 있다.
물이 극성 용매라는 것은 지구상에서 물이 독특한 역할을 하는 것과 밀접하게 연관된다. 물은 수권에 머물다가 기권, 지권, 생물권 모두에 영향을 주며, 결과적으로 지구 기후에 지대한 영향을 준다.
2019년 6월 21일 금요일
물분자의 화학-3
물과 산,염기
물 속에서 수소이온농도가 곧 pH로 환산되는 것이므로 산도(acidity)는 수소이온농도에 달려 있는 것이다. 물속에서 pH의 범위는 0~14이다. 가장 극단적인 경우의 하나인 pH 0는 수소이온농도가 1M(몰농도)이고, pH 14는 10^(-14)M인 경우다. 물속에서 수소이온은 이 범위 안에 있다는 뜻이다. 물의 신비함은 여기서 다시 나타난다. 이 농도를 벗어나면 물속에 수소이온과 항상 짝으로 움직이는 수산화이온이 수소이온농도를 조절해 준다. 만약 신비한 물이라면 이렇게 양 극단 가까이 있는 수소이온농도를 갖는 것일게다. 그래야 일상생활에서 보기 힘든 어떤 현상을 일으킬 것이기 때문이다. 이렇게 물속의 수소이온농도와 수산화이온농도가 서로 영향을 주고 받는 것을 탐구하는 것은 바로 화학이란 과학 분야를 잘 보여준다. 화학은 어떤 현상에 대한 질문 "왜(why)?"를 근본적인 영역까지 갖고 가지 않는 분야다. 그러기 보다는 화학은 새롭게 나타난 물질을 찾고 그 물질의 특성과 성질, 응용분야를 탐구하는 분야라고 할 수 있다.
산과 염기가 물화학, 일반화학의 앞부분에 나오는 것은 그것이 역사적으로 먼저 다루어져 왔던 연유도 있고 생활 및 산업에서 밀접한 연관이 있는 것이기도 하지만 동시에 화학의 탐구 내용을 쉽게 보여주는 것에도 연유한다.
산과 염기의 정의는 몇 가지로 구분된다. 고교과정까지 다루는 것은 Arrhenius의 산, 염기 이론, 그리고 Bronsted-Lowry의 산, 염기 이론이다. Lewis의 산, 염기 이론은 과거에는 고교과정에서도 다루었지만, 지금은 대학에서 다룬다. 앞서 pH로 표현되는 산, 염기는 첫번째 Arrhenius 의 산/염기 이론과 밀접히 관계된다. 화학 역시 일관된 이론으로 자연 현상을 정리하고자 하기 때문에 여러 가지 화학 현상을 일관되게 산, 염기 이론으로 정리하려다 보니 이렇게 몇 가지의 이론이 존재하게 되었다고 볼 수 있다. Arrhenius의 산, 염기이론에 따르면 수소이온을 내놓는 물질이 산이고, 수산화이온을 내놓는 물질이 염기이다. 물분자는 스스로 수소이온과 수산화이온으로 해리되는데 이 해리 반응은 가역반응이다. 즉 물 속에 수소이온을 내놓는 물질이 들어와서 수소이온농도가 커지면 물 속에 수산화이온의 농도가 줄어드는 결과가 발생하고 결과적으로 수소이온이 많은 상태가 된다. 만약에 수소이온농도를 줄이는 방향으로 작용하는 다른 물질들, 예를 들어 흔히 버퍼링 물질(buffering material)이라 불리는 물질이 많이 존재한다면 수산화이온농도가 줄어들지 않고 유지될 수 있어 pH는 변화가 없을 것이다. 자연의 물(natural waters)은 버퍼링 물질이 많아 비교적 안정된 pH를 유지하는 경향이 있다. 물속의 생명체가 비교적 안정한 진화단계를 거쳐 오늘의 지구 생태계를 구성한 것은 이런데 연유했다고 볼 수 있겠다.
산과 염기가 물화학, 일반화학의 앞부분에 나오는 것은 그것이 역사적으로 먼저 다루어져 왔던 연유도 있고 생활 및 산업에서 밀접한 연관이 있는 것이기도 하지만 동시에 화학의 탐구 내용을 쉽게 보여주는 것에도 연유한다.
산과 염기의 정의는 몇 가지로 구분된다. 고교과정까지 다루는 것은 Arrhenius의 산, 염기 이론, 그리고 Bronsted-Lowry의 산, 염기 이론이다. Lewis의 산, 염기 이론은 과거에는 고교과정에서도 다루었지만, 지금은 대학에서 다룬다. 앞서 pH로 표현되는 산, 염기는 첫번째 Arrhenius 의 산/염기 이론과 밀접히 관계된다. 화학 역시 일관된 이론으로 자연 현상을 정리하고자 하기 때문에 여러 가지 화학 현상을 일관되게 산, 염기 이론으로 정리하려다 보니 이렇게 몇 가지의 이론이 존재하게 되었다고 볼 수 있다. Arrhenius의 산, 염기이론에 따르면 수소이온을 내놓는 물질이 산이고, 수산화이온을 내놓는 물질이 염기이다. 물분자는 스스로 수소이온과 수산화이온으로 해리되는데 이 해리 반응은 가역반응이다. 즉 물 속에 수소이온을 내놓는 물질이 들어와서 수소이온농도가 커지면 물 속에 수산화이온의 농도가 줄어드는 결과가 발생하고 결과적으로 수소이온이 많은 상태가 된다. 만약에 수소이온농도를 줄이는 방향으로 작용하는 다른 물질들, 예를 들어 흔히 버퍼링 물질(buffering material)이라 불리는 물질이 많이 존재한다면 수산화이온농도가 줄어들지 않고 유지될 수 있어 pH는 변화가 없을 것이다. 자연의 물(natural waters)은 버퍼링 물질이 많아 비교적 안정된 pH를 유지하는 경향이 있다. 물속의 생명체가 비교적 안정한 진화단계를 거쳐 오늘의 지구 생태계를 구성한 것은 이런데 연유했다고 볼 수 있겠다.
2018년 4월 11일 수요일
물화학의 아버지 Werner Stumm
오늘 부터 물화학의 역사에 대하여 정리하는 글을 쓰고자 한다.
과학분야를 보다 보면 이론으로 정리된 것, 실험이나 관찰로 밝혀진 사실 등을 주로 뼈대로 놓고 정리하게 된다. 그런데 그 내용만에 집중해서 보다 보면 어느 덧 재미가 없어지고 무미건조한 느낌이 들어 왠지 파 들어가고픈 열정이 생기지 않는다. 그에 비해 그 이론과 사실들을 찾아 헤매던 과학자들, 때로는 엄청난 반전의 이야기를 펼치기도 하지만 때로는 엉뚱한 이야기였던 것들로 밝혀진 내용을 주장한 사람들의 삶에 대해 알아가다 보면 어느덧 마음의 매듭이 풀리고 뜨끈한 무언가가 가슴속에 솟는다. 인문학과 과학이 같이 가야 하는 이유다.
물화학(water chemistry)의 역사는 Werner Stumm(1924-1999)을 빼놓고 얘기할 수 없다. 그는 흔히 '물화학의 아버지(the founding father of water chemistry)'라 일컫어진다. 그가 남긴 유산은 학술적 이론의 정립 뿐 아니라 많은 후학들의 양성, 그리고 이 분야의 바이블 격인 저작 등 다방면에 걸쳐 있다. 그의 첫번째 박사과정 학생이었던 James Morgan박사와 함께 1970년에 발간한 'Aquatic Chemistry'는 물화학분야의 내용을 망라하면서도 깊이가 있는 책으로 칭송을 받고 있다.
Werner Stumm박사는 스위스에서 태어나 1952년 쮜리히 대학에서 G. Schwarzenbach교수의 지도하에 무기화학 박사 학위를 취득하였다. 그 후 Stumm박사는 미국으로 건너가서 Havard 대학에서 교수로 15년(1956~1970)을 재직하였다. 그 재직기간 동안 물화학이라는 분야에 대한 교육 및 연구 프로그램의 개발, 많은 차세대 후학들의 양성에 힘썼다. 그 후 1970년에 그는 스위스로 돌아와 쮜리히 공대(스위스 연방공대)의 EAWAG(the Swiss Institute of Water Supply, Pollution Control, and Water Protection)를 이끌며 교수로 1992년까지 재직하였다. 그의 노력하에 EAWAG는 세계 최고의 물연구소가 되었다.
Stumm박사는 300여편의 연구논문과 16권의 책을 출판하였고 그의 연구내용은 물화학의 대부분의 영역에 걸쳐있었다. 그는 Tyler prize, Stockholm Water Prize, Godschmidt Medal 등 여러 상을 수상했고 여러 곳에서 명예 박사학위를 받았다. 가히 이 분야의 개척자이면서 동시에 이 분야의 지도자로 우뚝 서 있었다고 할 수 있다.
Stumm박사는 물화학이 지구 생태계에서 갖는 중요성을 인식하여 수계(aquatic systems)에서 일어나는 화학적, 지화학적, 생물학적, 물리학적 과정 등을 통합적으로 인식하는 데 강조점을 두고 연구를 수행하였다. 물리화학(physical chemistry) 지식에 기초한 분자수준 연구를 수행하면서 동시에 자연계에서 그리고 인공계에서 물화학의 일관된 이해를 위한 연구에 모두 큰 관심을 두었다.
Stumm박사는 미국화학회(American Society of Chemistyr) 물화학분과의 설립자 겸 개척자로, 전 세계 물화학 분야의 탁월했던 과학자로 길이 기억될 것이다.
(이상은 Patrick L. Brezonik이 쓴 'Water Chemistry'의 내용에 기초하여 정리한 것임을 밝혀둔다)
과학분야를 보다 보면 이론으로 정리된 것, 실험이나 관찰로 밝혀진 사실 등을 주로 뼈대로 놓고 정리하게 된다. 그런데 그 내용만에 집중해서 보다 보면 어느 덧 재미가 없어지고 무미건조한 느낌이 들어 왠지 파 들어가고픈 열정이 생기지 않는다. 그에 비해 그 이론과 사실들을 찾아 헤매던 과학자들, 때로는 엄청난 반전의 이야기를 펼치기도 하지만 때로는 엉뚱한 이야기였던 것들로 밝혀진 내용을 주장한 사람들의 삶에 대해 알아가다 보면 어느덧 마음의 매듭이 풀리고 뜨끈한 무언가가 가슴속에 솟는다. 인문학과 과학이 같이 가야 하는 이유다.
물화학(water chemistry)의 역사는 Werner Stumm(1924-1999)을 빼놓고 얘기할 수 없다. 그는 흔히 '물화학의 아버지(the founding father of water chemistry)'라 일컫어진다. 그가 남긴 유산은 학술적 이론의 정립 뿐 아니라 많은 후학들의 양성, 그리고 이 분야의 바이블 격인 저작 등 다방면에 걸쳐 있다. 그의 첫번째 박사과정 학생이었던 James Morgan박사와 함께 1970년에 발간한 'Aquatic Chemistry'는 물화학분야의 내용을 망라하면서도 깊이가 있는 책으로 칭송을 받고 있다.
Werner Stumm박사는 스위스에서 태어나 1952년 쮜리히 대학에서 G. Schwarzenbach교수의 지도하에 무기화학 박사 학위를 취득하였다. 그 후 Stumm박사는 미국으로 건너가서 Havard 대학에서 교수로 15년(1956~1970)을 재직하였다. 그 재직기간 동안 물화학이라는 분야에 대한 교육 및 연구 프로그램의 개발, 많은 차세대 후학들의 양성에 힘썼다. 그 후 1970년에 그는 스위스로 돌아와 쮜리히 공대(스위스 연방공대)의 EAWAG(the Swiss Institute of Water Supply, Pollution Control, and Water Protection)를 이끌며 교수로 1992년까지 재직하였다. 그의 노력하에 EAWAG는 세계 최고의 물연구소가 되었다.
Stumm박사는 300여편의 연구논문과 16권의 책을 출판하였고 그의 연구내용은 물화학의 대부분의 영역에 걸쳐있었다. 그는 Tyler prize, Stockholm Water Prize, Godschmidt Medal 등 여러 상을 수상했고 여러 곳에서 명예 박사학위를 받았다. 가히 이 분야의 개척자이면서 동시에 이 분야의 지도자로 우뚝 서 있었다고 할 수 있다.
Stumm박사는 물화학이 지구 생태계에서 갖는 중요성을 인식하여 수계(aquatic systems)에서 일어나는 화학적, 지화학적, 생물학적, 물리학적 과정 등을 통합적으로 인식하는 데 강조점을 두고 연구를 수행하였다. 물리화학(physical chemistry) 지식에 기초한 분자수준 연구를 수행하면서 동시에 자연계에서 그리고 인공계에서 물화학의 일관된 이해를 위한 연구에 모두 큰 관심을 두었다.
Stumm박사는 미국화학회(American Society of Chemistyr) 물화학분과의 설립자 겸 개척자로, 전 세계 물화학 분야의 탁월했던 과학자로 길이 기억될 것이다.
(이상은 Patrick L. Brezonik이 쓴 'Water Chemistry'의 내용에 기초하여 정리한 것임을 밝혀둔다)
2017년 6월 23일 금요일
2017년 6월 가뭄과 기후변화
2017년 6월 현재 한반도 남쪽에서의 가뭄이 심하다. 유난히 심하다는 표현이 적절할 만큼 사람들이 비를 고통스럽게 갈구하고 있다.
가뭄은 지구에서의 물의 순환이 국지적으로 균형있게 이루어지지 않음을 의미한다.
가뭄이 들면 물의 증발산량은 더 많아진다. 하늘이 대개 맑아서 지표면에서의 증발산양이 증가하는 것이다. 사실 가뭄의 해결은 시간의 문제이다. 하늘로 더 많이 증발산된 물이 올라간 후 언젠가는 결국 땅으로 강하하기 마련이기 때문이다. 대기권에서 이상한 일이 발생하여 올라간 수증기가 강하하지 않는 경우가 아니라면, 가뭄은 국지적으로 시간의 문제일 수 있다. 언젠가 다시 땅으로 기체상태의 물이 액체상태의 물로 귀환한다는 것이다. 하지만, 한 지역에서 증발산되어 올라간 물이 그 지역으로 다시 내려오란 법이 없다. 지구에는 거대한 기권의 흐름이 있고, 또 국지적으로도 하늘에서 계속 수증기덩어리인 구름이 이동하기 때문이다.
다시 생각해 보면, 특정지역의 가뭄은 유난히 그 지역에 구름이 오지 않고, 구름으로부터 빗물의 강하가 발생되지 않는 것으로 이해된다. 이는 지역적 범위를 넓히자면, 어느 지역에서는 비가 많이 오고, 어느 지역에서는 유난히 비가 오지 않음을 의미한다. 만약 어느 지역에 계속 비가 오지 않아, 땅위의 생명체들이 거의 절멸하는 사태가 오면, 즉 그 지역 생물권이 사라지는 상태가 되면, 우리는 그 지역이 사막이 되었다고 말한다. 물론 사막에서 일부 생명체가 살고 있지만, 열대우림과 같은 그런 풍부한 종다양성과는 아주 거리가 먼 그런 환경이 되는 것이다.
생태계적으로 볼 때 인간은 3차 소비자에 속한다. 생태계가 구성되지 못하는 환경에서는 결코 살아남기 힘든 존재란 뜻이다. 가뭄이 들어 물이 없으면 사막으로 변하고 있는 셈이다. 반면에 어느 지역에서는 평소보다 더 많은 양의 물의 강하가 일어난다. 홍수가 날 위험이 증가하는 것이다. 이를 통칭하여 기후변화로 인한 수자원 재분배 상황이 오고 있다고 한다.
문제는 인간의 존재다. 먹을 것이 없이는 일주일을 버티지 못하는 것이 인간이다. 가뭄은 인간 존재의 가장 큰 위협요인이다. 홍수는 인간이 만들어 놓은 삶의 수단들을 쓸어가 버린다.
그래서다. 다시금 농업-물-에너지의 통합적 관점에서 지역을 살펴야 한다. 한반도 남쪽 정도의 지역에서는 전체적으로 이를 고려해야 한다. 기후변화와 관련해서 무엇이 진행되고 있는지... 잘 살펴야 한다. 물론 내일 비가 내려 지금의 고통이 해갈되기를 기대하기를 하늘을 보며 바랄 뿐이다. 우리가 아직 비가 내리게 할 능력이 없기 때문이다.
가뭄은 지구에서의 물의 순환이 국지적으로 균형있게 이루어지지 않음을 의미한다.
가뭄이 들면 물의 증발산량은 더 많아진다. 하늘이 대개 맑아서 지표면에서의 증발산양이 증가하는 것이다. 사실 가뭄의 해결은 시간의 문제이다. 하늘로 더 많이 증발산된 물이 올라간 후 언젠가는 결국 땅으로 강하하기 마련이기 때문이다. 대기권에서 이상한 일이 발생하여 올라간 수증기가 강하하지 않는 경우가 아니라면, 가뭄은 국지적으로 시간의 문제일 수 있다. 언젠가 다시 땅으로 기체상태의 물이 액체상태의 물로 귀환한다는 것이다. 하지만, 한 지역에서 증발산되어 올라간 물이 그 지역으로 다시 내려오란 법이 없다. 지구에는 거대한 기권의 흐름이 있고, 또 국지적으로도 하늘에서 계속 수증기덩어리인 구름이 이동하기 때문이다.
다시 생각해 보면, 특정지역의 가뭄은 유난히 그 지역에 구름이 오지 않고, 구름으로부터 빗물의 강하가 발생되지 않는 것으로 이해된다. 이는 지역적 범위를 넓히자면, 어느 지역에서는 비가 많이 오고, 어느 지역에서는 유난히 비가 오지 않음을 의미한다. 만약 어느 지역에 계속 비가 오지 않아, 땅위의 생명체들이 거의 절멸하는 사태가 오면, 즉 그 지역 생물권이 사라지는 상태가 되면, 우리는 그 지역이 사막이 되었다고 말한다. 물론 사막에서 일부 생명체가 살고 있지만, 열대우림과 같은 그런 풍부한 종다양성과는 아주 거리가 먼 그런 환경이 되는 것이다.
생태계적으로 볼 때 인간은 3차 소비자에 속한다. 생태계가 구성되지 못하는 환경에서는 결코 살아남기 힘든 존재란 뜻이다. 가뭄이 들어 물이 없으면 사막으로 변하고 있는 셈이다. 반면에 어느 지역에서는 평소보다 더 많은 양의 물의 강하가 일어난다. 홍수가 날 위험이 증가하는 것이다. 이를 통칭하여 기후변화로 인한 수자원 재분배 상황이 오고 있다고 한다.
문제는 인간의 존재다. 먹을 것이 없이는 일주일을 버티지 못하는 것이 인간이다. 가뭄은 인간 존재의 가장 큰 위협요인이다. 홍수는 인간이 만들어 놓은 삶의 수단들을 쓸어가 버린다.
그래서다. 다시금 농업-물-에너지의 통합적 관점에서 지역을 살펴야 한다. 한반도 남쪽 정도의 지역에서는 전체적으로 이를 고려해야 한다. 기후변화와 관련해서 무엇이 진행되고 있는지... 잘 살펴야 한다. 물론 내일 비가 내려 지금의 고통이 해갈되기를 기대하기를 하늘을 보며 바랄 뿐이다. 우리가 아직 비가 내리게 할 능력이 없기 때문이다.
2017년 6월 12일 월요일
물분자의 화학 2
물과 pH
* pH의 정의: -log[H+] = pH, pOH의 정의: -log[OH-] = pOH
물의 특이한 성질 중 하나는 물분자가 적은 양이기는 하지만 일부 해리(dissociation)되어 수소이온과 수산화이온으로 전환된다. 이 성질로 인해 물은 아주 많은 물질을 품을 수 있게 되었다. 지구상에서 물은 기체, 액체, 고체 모두가 자연계에서 발견된다. 지구에 존재하는 무기성 물질 중 이러한 물질은 물이 유일하다. 이렇게 특별한 물이 가장 많이 존재하는 곳은 해양이다. 해양의 물은 지구 표면의 2/3를 차지하며, 그 특별함으로 인해 지구의 에너지 흐름과 기후에 결정적 영향을 준다. 이러한 해양의 물을 내부에서 살펴보면 참으로 많은 물질이 포함되어 있다. 물은 음이온 물질, 양이온 물질, 수용성 유기물 등을 광범위하게 포함하고 있다. 이러한 물의 높은 포용력은 어디서 오는 것일까? 이는 바로 물이 수소이온과 수산화이온으로 해리되는 성질에 기인한다.
지구상의 가장 흔한 물질인 물. 그 흔한 물에 포함된 독특한 특성때문에 지구상에 생명체가 존재하고, 생명의 신비함이 시작되었다. 생명체내의 수소이온과 수산화이온의 농도는 생명현상에 바로 영향을 줄만큼 매우 중요하다. 물속에 존재하는 음이온들은 (-)전하를 띠기 때문에 물의 해리로부터 발생된 (+)전하의 수소이온과 쉽게 결합한다. 마찬가지로 물속의 (+)전하를 띤 이온들은 물의 해리로부터 발생된 수산화기(OH-)와 결합하여 존재하게 된다. 이렇게 물속에 유입되는 많은 이온들은 물속에 늘 존재하는 수소이온 또는 수산화이온과 상호작용하며 이로 인해 물에 들어오는 많은 물질들과의 화학적 상호 작용이 나타난다. 이러한 중요성을 반영하여 물속의 수소이온농도와 수산화이온농도를 특별히 표시하는 방법이 생겨났다 . 물속에서 수소이온 농도와 수산화이온 농도는 특정한 표현으로 정의된다. pH로 표기하여 나타내는 것은 수소이온의 농도를 반영하며, pOH로 표기하여 나타내는 것은 수산화이온의 농도를 반영한다.
빠른 반응을 하는 수소이온의 농도를 주로 하여 pH로 표현하는 경우, pOH = 14= pH로 구할 수 있다.
* pH의 정의: -log[H+] = pH, pOH의 정의: -log[OH-] = pOH
물의 특이한 성질 중 하나는 물분자가 적은 양이기는 하지만 일부 해리(dissociation)되어 수소이온과 수산화이온으로 전환된다. 이 성질로 인해 물은 아주 많은 물질을 품을 수 있게 되었다. 지구상에서 물은 기체, 액체, 고체 모두가 자연계에서 발견된다. 지구에 존재하는 무기성 물질 중 이러한 물질은 물이 유일하다. 이렇게 특별한 물이 가장 많이 존재하는 곳은 해양이다. 해양의 물은 지구 표면의 2/3를 차지하며, 그 특별함으로 인해 지구의 에너지 흐름과 기후에 결정적 영향을 준다. 이러한 해양의 물을 내부에서 살펴보면 참으로 많은 물질이 포함되어 있다. 물은 음이온 물질, 양이온 물질, 수용성 유기물 등을 광범위하게 포함하고 있다. 이러한 물의 높은 포용력은 어디서 오는 것일까? 이는 바로 물이 수소이온과 수산화이온으로 해리되는 성질에 기인한다.
지구상의 가장 흔한 물질인 물. 그 흔한 물에 포함된 독특한 특성때문에 지구상에 생명체가 존재하고, 생명의 신비함이 시작되었다. 생명체내의 수소이온과 수산화이온의 농도는 생명현상에 바로 영향을 줄만큼 매우 중요하다. 물속에 존재하는 음이온들은 (-)전하를 띠기 때문에 물의 해리로부터 발생된 (+)전하의 수소이온과 쉽게 결합한다. 마찬가지로 물속의 (+)전하를 띤 이온들은 물의 해리로부터 발생된 수산화기(OH-)와 결합하여 존재하게 된다. 이렇게 물속에 유입되는 많은 이온들은 물속에 늘 존재하는 수소이온 또는 수산화이온과 상호작용하며 이로 인해 물에 들어오는 많은 물질들과의 화학적 상호 작용이 나타난다. 이러한 중요성을 반영하여 물속의 수소이온농도와 수산화이온농도를 특별히 표시하는 방법이 생겨났다 . 물속에서 수소이온 농도와 수산화이온 농도는 특정한 표현으로 정의된다. pH로 표기하여 나타내는 것은 수소이온의 농도를 반영하며, pOH로 표기하여 나타내는 것은 수산화이온의 농도를 반영한다.
빠른 반응을 하는 수소이온의 농도를 주로 하여 pH로 표현하는 경우, pOH = 14= pH로 구할 수 있다.
2015년 7월 20일 월요일
염소 소독한 수영장 물과 관련된 사실들
전 세계적으로 가장 널리 사용하고 있는 먹는 물 소독제는 염소라고 할 수 있다.
값이 싸면서도 물에서 잔류성이 큰 효과적인 소독제로서의 염소를 대체할 물질은 거의 없다. 오존은 염소보다 월등히 살균력이 큰 소독제이지만 잔류성이 없어 장거리 공급라인을 통한 수돗물 공급에서 사용할 소독제로는 최적의 물질이 아니다.
그런데, 이 염소는 사실 인류가 먹는 물의 소독제로 120여년 정도 밖에 사용하고 있지 않은 물질로, 먹는 물에 잔류하는 염소가 인체 건강에 미치는 영향이 충분히 검증되었다고 할 수는 없다.
국내에도 번역된 책에서, 이 염소의 인체 영향을 연구해 온 미국의 어떤 의사는 자기 부친의 유지를 받들어 염소의 위험성을 크게 경고해 왔다. 우리가 흔히 알고 있는 심혈관내의 콜레스테롤이 사실은 먹는 것 때문이 아니라 염소 때문에 심각하게 형성되는 것임을 닭을 통한 실험 결과로 경고해 왔다.
사실 염소는 정수장 소독제로 사용하여 트리할로메탄(THMs)과 같은 발암물질을 형성할 수 있다는 것이 이미 잘 밝혀져 있다. 이런 맥락에서 염소의 영향에 대하여 앞으로도 더욱 철저히 그 인체에 대한 영향이 검증되어야 할 것이다.
최근 영국의 신문 데일리메일에서는 염소로 소독된 수영장 물과 관련한 흥미로운 사실들을 다음과 같이 정리하였다.
1. 수영장에서 물 색깔이 약간 노랗게 되는 것은 '염소' 때문이 아니라, 사람들의 땀, 때, 오줌 때문이다.(2015년 6월 24일) 사람들의 눈을 빨갛게 만드는 것도 염소 때문이 아니라 오줌이 그렇게 만드는 것이다. 아이들이 수영장 물에 오줌을 누지 않도록 하는 캠페인이 필요하다.
2. 염소 소독된 수영장 물은 아이들 천식을 악화시킬 수 있다(2015년 7월 19일)
2008년 European Respiratory Journal에 실린 벨기에 연구자들의 연구 결과, 일주일에 한번씩 염소 소독된 수영장에 갔던 아이들은 수영장에 전혀 가지 않은 아이들에 비해 천식에 걸릴 확률이 5배나 높았다.
3. 염소 소독된 수영장 물은 치아를 누렇게 만드는 원인이 될 수 있다(2015년 7월 19일)
New York College of Dentistry의 부교수인 Dr Leila Jahangiri에 따르면 집안에 수영장을 갖고 있는 사람들은 수영장 물의 염소 농도와 pH값을 잘 관찰하고 관리해야 한다고 경고한다. 염소가 너무 많이 투입되면 물은 산성이 되고 이는 치아 손상의 원인이 될 수 있다.
4. 염소 소독된 수영장 물은 머리카락 변색의 원인이 될 수 있다(2015년 7월 19일).
금발 염색된 머리는 이 경우 녹색으로 변화하게 된다.
5. 염소 농도가 높은(5ppm 이상) 수영장 물은 눈에 자극을 주게 되고 불편함을 야기한다. 거꾸로 염소 농도가 너무 낮은 물은 미생물이 쉽게 번식되고, 따라서 눈병을 야기하는 원인이 될 수 있다.
값이 싸면서도 물에서 잔류성이 큰 효과적인 소독제로서의 염소를 대체할 물질은 거의 없다. 오존은 염소보다 월등히 살균력이 큰 소독제이지만 잔류성이 없어 장거리 공급라인을 통한 수돗물 공급에서 사용할 소독제로는 최적의 물질이 아니다.
그런데, 이 염소는 사실 인류가 먹는 물의 소독제로 120여년 정도 밖에 사용하고 있지 않은 물질로, 먹는 물에 잔류하는 염소가 인체 건강에 미치는 영향이 충분히 검증되었다고 할 수는 없다.
국내에도 번역된 책에서, 이 염소의 인체 영향을 연구해 온 미국의 어떤 의사는 자기 부친의 유지를 받들어 염소의 위험성을 크게 경고해 왔다. 우리가 흔히 알고 있는 심혈관내의 콜레스테롤이 사실은 먹는 것 때문이 아니라 염소 때문에 심각하게 형성되는 것임을 닭을 통한 실험 결과로 경고해 왔다.
사실 염소는 정수장 소독제로 사용하여 트리할로메탄(THMs)과 같은 발암물질을 형성할 수 있다는 것이 이미 잘 밝혀져 있다. 이런 맥락에서 염소의 영향에 대하여 앞으로도 더욱 철저히 그 인체에 대한 영향이 검증되어야 할 것이다.
최근 영국의 신문 데일리메일에서는 염소로 소독된 수영장 물과 관련한 흥미로운 사실들을 다음과 같이 정리하였다.
1. 수영장에서 물 색깔이 약간 노랗게 되는 것은 '염소' 때문이 아니라, 사람들의 땀, 때, 오줌 때문이다.(2015년 6월 24일) 사람들의 눈을 빨갛게 만드는 것도 염소 때문이 아니라 오줌이 그렇게 만드는 것이다. 아이들이 수영장 물에 오줌을 누지 않도록 하는 캠페인이 필요하다.
2. 염소 소독된 수영장 물은 아이들 천식을 악화시킬 수 있다(2015년 7월 19일)
2008년 European Respiratory Journal에 실린 벨기에 연구자들의 연구 결과, 일주일에 한번씩 염소 소독된 수영장에 갔던 아이들은 수영장에 전혀 가지 않은 아이들에 비해 천식에 걸릴 확률이 5배나 높았다.
3. 염소 소독된 수영장 물은 치아를 누렇게 만드는 원인이 될 수 있다(2015년 7월 19일)
New York College of Dentistry의 부교수인 Dr Leila Jahangiri에 따르면 집안에 수영장을 갖고 있는 사람들은 수영장 물의 염소 농도와 pH값을 잘 관찰하고 관리해야 한다고 경고한다. 염소가 너무 많이 투입되면 물은 산성이 되고 이는 치아 손상의 원인이 될 수 있다.
4. 염소 소독된 수영장 물은 머리카락 변색의 원인이 될 수 있다(2015년 7월 19일).
금발 염색된 머리는 이 경우 녹색으로 변화하게 된다.
5. 염소 농도가 높은(5ppm 이상) 수영장 물은 눈에 자극을 주게 되고 불편함을 야기한다. 거꾸로 염소 농도가 너무 낮은 물은 미생물이 쉽게 번식되고, 따라서 눈병을 야기하는 원인이 될 수 있다.
피드 구독하기:
글 (Atom)