모양과 부피가 일정하지 않아 눈에 잘 띄지 않는 기체! 그런데 기체가 생활 곳곳에서 유용하게 사용되고 있다는 점을 알고 있으신가요? 이번 시간에는 우리 가까이에 있는 기체에 대한 다양한 이야기를 준비했는데요. 그럼 지금 바로 키즈현대와 함께 알아보아요!
생활 속 기체 이야기 ① 질소(N)
아이들이 간식으로 즐겨 먹는 과자 봉지에 담긴 기체가 질소(N)라는 사실! 알고 있으신가요? 과자 등의 음식물은 공기 중에 산소(O)를 만나면 맛과 신선도가 변하는데요. 하지만 봉지에 질소(N)를 주입하면 산소(O)와 접촉이 차단돼 과자의 변질을 늦출 수 있을 뿐만 아니라 과자가 부서지는 것을 방지할 수 있습니다. 그렇다면 많은 기체 중 질소(N)를 이용하는 이유는 무엇일까요? 우선 질소(N)는 무색, 무취로 과자의 맛과 색에 영향을 미치지 않는데요. 또한 과자의 주원료인 기름과도 화학 반응을 일으키지 않아 처음 상태의 맛을 유지할 수 있습니다. 이러한 이유에서 낮은 온도의 질소(N)는 부패하기 쉬운 식품을 이동할 때 냉동제로 사용됩니다.
생활 속 기체 이야기 ② 이산화탄소(CO2)
다음으로 탄산음료에 들어 있는 기체를 자세히 알아볼까요? 탄산음료의 탄산은 이산화탄소(CO2)를 물에 녹였을 때 생성되는 수용액으로, 약한 산성을 띠는데요. 이 탄산에 각종 식용 첨가물을 더해 맛을 낸 음료가 바로 탄산음료입니다. 이산화탄소(CO2)는 물에 잘 녹지 않기 때문에 탄산을 만들기 위해서는 낮은 온도에서 높은 압력을 가해야 하는데요. 이러한 과정을 통해 탄산의 농도가 일정 값에 도달하면 이산화탄소(CO2)가 더 이상 녹지 않고 기체의 형태로 남아 있게 됩니다. 탄산음료 뚜껑을 열었을 때 ‘칙’ 하는 소리는 병 안에 남아 있던 이산화탄소(CO2)가 밖으로 나오며 발생하는 소리인데요. ‘톡’ 쏘는 청량감 또한 이산화탄소(CO2)가 입안으로 전해지기 때문입니다!
생활 속 기체 이야기 ③ 헬륨(He)
헬륨(He)을 넣은 풍선이 하늘 높이 뜰 수 있는 이유는 무엇일까요? 헬륨(He)은 공기 중 수소(H) 다음으로 가벼운 물질로, 평균 밀도 또한 공기보다 낮은데요. 또한 폭발성이 없어 풍선과 열기구 등에 주로 이용됩니다. 헬륨 풍선을 들이마셨을 때 목소리가 평소와 다르게 들리는 이유도 밀도와 높은 관련이 있는데요. 우선 기체의 밀도는 소리의 속도와 진동수에 반비례합니다. 즉, 밀도가 낮아지면 속도와 진동수가 증가하며 평소보다 높은음으로 들리는데요. 헬륨(He)을 들이마셨을 때 성대 주위로 헬륨(He)이 가득 차면서 진동수가 커지며 목소리의 음이 높아지게 됩니다. 헬륨(He)은 혈액에 대한 용해도가 낮아 1~2회 정도 들이마시는 행동은 인체에 무해하지만 그 이상은 위험할 수 있으니 주의해주세요!
생활 속 기체 이야기 ④ 아르곤(Ar)
어둠을 밝히는 형광등에도 기체가 이용되고 있는데요 바로 공기의 약 0.94%를 차지하는 아르곤(Ar)입니다. 형광등은 진공관에 아르곤(Ar)과 수은 가스를 넣어 만드는데요. 형광등에 전류가 흐르면 전자가 아르곤(Ar)과 수은 가스와 충돌하며 형광 물질을 자극해 빛이 발생합니다. 또한 고온에서도 안정적인 특성으로 전기가 흐르는 선인 필라멘트와 조명의 수명을 늘리는 역할을 갖습니다. 한편, 형광등의 진공관에 다른 기체를 넣으면 색이 달라지는데요. 네온(Ne)과 산소(O)를 넣으면 주황색, 이산화탄소(CO2)는 흰색, 질소(N)는 노란색 빛을 냅니다.
생활 속 기체 이야기 ⑤ 메테인(CH4)
다음으로 동식물이 배출하는 기체이자 가정 내 연료로 사용되는 메테인(CH4)을 자세히 알아볼까요? ‘메탄가스’로 잘 알려진 메테인(CH4)은 동물과 식물 등 유기 물질이 분해되는 과정에 박테리아가 수소(H)와 이산화탄소(CO2)를 결합시키면서 발생하는데요. 특히 소, 양, 염소 등의 반추 동물은 되새김질하며 배출하기도 합니다. 메테인(CH4)은 현재 친환경 에너지 중 하나로 뽑히는 바이오 가스로 이용되고 있는데요. 동물의 분뇨를 저장 공간에 밀폐한 다음 미생물의 분해 작용을 거치면 유기산이 되고, 이를 다시 발효시키면 메테인(CH4)이 만들어집니다. 이러한 과정을 거친 메테인(CH4)은 바이오 가스로서 가정 내 조리, 난방 등의 연료로 널리 사용됩니다.
생활 속 기체 이야기 ⑥ 수소(H)
우주 질량의 75%를 차지하는 수소(H)를 이용해 전기를 생산할 수 있다고 하는데요. 그 원리는 무엇일까요? 먼저 물을 전기분해 하면 수소(H)와 산소(O)로 분리되는데요. 하지만 반대로 수소(H)와 산소(O)가 결합하면 물이 발생하고 이때 화학반응이 일어나면서 전기 에너지가 발생합니다. 현대자동차의 넥쏘(NEXO)는 수소(H)와 산소(O)가 만나면서 발생하는 전기 에너지를 동력으로 하는 수소전기차인데요. 압축 수소 탱크 3개가 장착되어 총 6.33kg의 압축 수소를 저장할 수 있습니다. 이를 통해 5분 충전으로 약 609km를 주행할 수 있는데요. 또한 대기오염 물질을 배출하지 않고 주행 중에는 대기의 미세먼지를 99.9%까지 정화합니다.
지금까지 생활 속 기체의 다양한 이야기를 살펴보았습니다. 과자, 탄산음료, 풍선, 형광등, 자동차 등 여러 분야에서 유용하게 이용되는 기체를 확인할 수 있었는데요. 오늘 알려드린 이야기를 아이들에게 전해주는 것은 어떨까요? 세상을 보는 아이의 시선이 한층 더 넓어질 거예요!
