안녕하세요! 박주은 기자입니다.

화학기자단 2기 실험키트 3가지 중 '무지개 액체탑 쌓기' 실험을 해 보았습니다.

(실험 내용 : https://www.chemworld.kr/contents/view/9951)

무지개 액체탑 쌓기 실험의 원리는 농도와 밀도입니다.

농도와 밀도는 무엇일까요?

먼저, 간단하게 말하면 농도는 일정 부피에 용해된 용질의 양을 나타낸 것입니다.

예를 들어, 100g의 물에 설탕 1g이 녹아있다면 설탕물의 농도는 1%가 됩니다.

밀도는 단위 부피당 질량입니다.

무슨 말이냐고요?

더 자세히 알아보겠습니다.

먼저, 스포이트를 이용하여 왼쪽 첫 번째 시험관에 빨간 색소물을 1ml 넣고, 다음 시험관에 2ml, 그 다음 시험관에 3ml 넣습니다.

그리고 색소물이 담긴 시험관에 물을 채워 모두 똑같이 10ml 정도가 되도록 합니다.

여기서, 가장 농도가 높은 시험관은 어디일까요?

바로, 세 번째 시험관입니다.

그 이유는 가장 진하고, 색소물을 가장 많이 넣었기 때문입니다.

농도는 일정한 영역 내에 존재하는 물질의 양을 말합니다.

농도는 모든 종류의 혼합물에 적용되지만, 화학에서는 일반적으로 용액에 존재하는 용질의 상대적인 양을 말합니다.

(출처 : 네이버 화학백과)

농도의 농(濃)은 "짙을 농"자로, 얼마나 진하고 묽은지를 나타내는 것입니다.

(이미지 출처 : 나)

희석액은 용질이 낮은 비율로 녹아 있는 용액을 말하는 것이고,

반대로 농축액은 용질이 높은 비율로 녹아 있는 용액을 말하는 것입니다.

용액은 두 가지 이상의 물질이 균일하게 섞여 있는 물질이기 때문에 공기와 같은 기체도 용액에 포함됩니다.

따라서 미세먼지는 대기 중 물질이 포함되어 있는 정도로 표시하기 때문에 농도를 사용합니다.

즉, 미세먼지 농도를 '125㎍/㎥'와 같이 표현하는데,

이것은 1㎥(1세제곱 미터, 즉 가로, 세로, 높이가 1미터)에 미세먼지가 125㎍ 만큼 있다는 것을 뜻합니다.

( ㎍ (마이크로그램) 1 ㎍은 100만 분의 1 g을 말한다.)

(출처 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6124850&cid=66878&categoryId=66878)

그럼 이제 밀도를 알아보겠습니다.

무지개 액체탑 쌓기가 가능했던 이유는 바로 밀도 때문입니다!

(이미지 출처 : 나)

밀도는 일정한 면적에 무엇이 들어있는 정도를 말합니다(=빽빽한 정도).

(이미지 출처 : 네이버 지식백과 - 밀도 _ 초등과학 개념사전)

철과 나무로 똑같은 크기의 정육면체를 만들면, 철과 나무의 부피는 같습니다.

하지만 이것을 저울에 달아 보면 철이 나무보다 훨씬 무겁다는 것을 알 수 있습니다.

이처럼 단위 부피에 대한 질량의 크기를 밀도라고 합니다.

부피는 같더라도 철은 무거우므로 밀도가 크고, 나무는 가벼우므로 밀도가 작습니다.

따라서 물에 넣었을 때, 물보다 밀도가 큰 철은 가라앉고, 물보다 밀도가 작은 나무는 뜨는 것입니다.

밀도가 클수록 용액의 아래쪽에 있습니다.

기름과 물이 섞이지 않는 이유는 극성과 무극성 때문이지만, 물 위에 기름이 뜨는 이유는 기름보다 물의 밀도가 더 크기 때문입니다.

(물은 4℃에서 밀도가 가장 큽니다.)

그런데 색소는 왜 넣는 것일까요?

물론 무지개처럼 나타나는 색깔을 보기 위해서도 있지만,

무지개 액체탑을 쌓을 때 색소를 넣는 이유는 층이 분리되는 것을 눈으로 잘 관찰하기 위해서입니다.

밀도가 클수록 아래쪽에 있는데, 무지개 액체탑을 쌓을 때 설탕을 가장 많이 넣은 용액부터 넣은 이유가 밀도가 크기 때문이었습니다!

만약 설탕물을 넣는 순서를 거꾸로 해서 액체탑을 쌓으면 어떻게 될까요?

위 사진처럼 층이 분리되지 않고 다 섞여버립니다.

또는 무지개 액체탑을 쌓고 오랜 시간 놔두면 설탕물이 섞여서 색이 다 섞여버립니다.

이렇게 무지개 액체탑 쌓기에 관해 살펴봤습니다!

다음에 또 실험하게 되면 색깔을 더 추가해서 해보고 싶네요!

이상, 박주은 기자였습니다.