물의 특이성 2 - 액체상태인 4'C에서 밀도가 가장 크다.

 물이 정말 특이한 물질로 이해되는 가장 중요한 이유 중 하나는 바로 물의 밀도가 4'C(정확히는 3.98'C)에서 가장 크다는 것이다. 일단, 이것이 우리의 주변 생활에서 얼마나 중요한지 살펴보자.

 밀도는 단위 부피당의 질량으로 정의된다. 그러니까 무게와 크기가 같은 컵안에 똑같은 높이로 물을 채웠을 때 두 컵안의 물의 온도가 다르다면 두 컵의 무게를 쟀을 때 값이 서로 다르다는 뜻이다. 만약 한 컵안의 물의 온도가 4'C , 다른 컵안의 물의 온도가 1'C 였다면 어느 컵의 무게가 더 컸을까? ...물론 4'C 컵의 무게가 크다. 이 온도에서 물의 밀도가 가장 크므로...

 겨울철이 가까워지면 대기 온도가 낮아지는데 좀처럼 호수나 강의 표면이 쉽게 얼지 않는 것은 바로 물의 밀도에 그 비밀이 있다. 저녁부터 온도가 상당히 낮아지면 표면 물의 온도가 4'C 에 가까워 지면서 점차 무거워져 표면의 물은 가라 앉는다. 그러면 아래 쪽에 있는 온도가 4'C보다 높은 물이 올라왔다가 다시 차가워져 4'C에 가까워지면서 점차 무거워져 아래로 내려가고 다시 밑의 온도가 높은 물이 올라오고 하는 과정이 반복된다. 이러다 보니 표면의 물이 좀처럼 0'C 이하로 되지 않아 쉬이 얼지 않는 것이다.

 지구 표면의 2/3를 차지하는 물이 만약 이런 성질을 갖고 있지 않고 다른 대부분의 물질과 같이 액체에서 보다 고체에서 밀도가 크다면, 겨울철이 되어 바다와 호수, 강이 표면부터 얼어들어가서 점차 밑으로 가라앉고 점차 추위가 강해지면 몽땅 얼어붙어 우리는 겨울철 내내 얼음이 아닌 물을 찾기 위해 상당한 고생을 해야 할 것이다. 물론 배가 다니기 어려울 것이고 겨울철 낚시는 꿈꾸기 어려워질 수 있다. 지구 환경의 현재 상태는 물의 이러한 특성에 의해 형성되고 유지되었다고 해도 과언이 아니다.

물과 달리 다른 대부분의 물질은 온도가 올라가면 부피가 늘어나고 온도가 낮아지면 부피가 줄어든다. 다시말해 온도가 올라가면 밀도가 감소하고 온도가 낮아지면 밀도가 증가하는 셈이다. 수은(은색) 온도계나 알콜(대개 적색, 청색, 혹은 녹색으로 색을 입힌) 온도계는 이런 원리를 이용해 만든 것이다.

물의 밀도가 4'C에서 가장 작으니 이 온도까지 차갑게 만든 물을 마시면 몸에 가장 좋다는 주장도 있다. 하지만, 필자도 그 주장이 맞는지 알 수 없다. 냉장고 온도를 4'C로 유지하는 것은 낮은 온도에서 적절하게 미생물의 활동을 제어하면서 동시에 물의 밀도를 가장 크게 유지하는 효과를 가져오는 셈이다. 물의 밀도가 크니 비교적 야채나 과일이 상하는 것도 크지 않게 되는 이치다.

물의 신비로움은 지구환경을 현재의 모습대로 만들고 있는 그 놀라운 특성에 연유한다. 물을 대할 때마다 필자는 그 신기함에 늘 어린 아이의 마음이다.

(함께 읽을 자료: http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B0%80%EB%8F%84  )