기체의 용해도

톡 쏘는 청량감의 탄산음료는 심심한 입맛을 달래어주기에 제격입니다. 하지만 이따금 탄산음료를 잘못보관해서 상하거나 밍밍해져서 버려야만했던 적 없으셨나요? 어떻게 하면 탄산음료를 맛있고 상하지 않게 보관할 수 있을까요? 1890년대 시카고 근교의 농촌에 살고 있던 윌리엄 페인터씨 부부도 이와 같은 고민을 가졌다고 합니다. 농사일을 마치고 갈증을 달래고자 소다수를 마셨다가 식중독에 걸려버리고 말았거든요. 바로 소다수의 뚜껑이 엉성해서 탄산이 빠져나가 상해버린 탓이었습니다. 이에 부부는 5년 동안 시중에 나온 600여종의 병뚜껑을 분석하여 연구 끝에 현재의 병뚜껑을 발명하게 됩니다.
일명 왕관모양 병뚜껑으로 톱니바퀴처럼 생겨 21개의 톱니를 가지고 있지요. 전 세계 공통으로 탄산이 들어간 맥주나 음료의 병뚜껑은 모두 21개의 톱니를 가지고 있답니다. 이는 기체의 용해도와 관련이 있다고 하는데요, 오늘 시간 기체의 용해도와 더불어 탄산음료 뚜껑 21개 톱니의 비밀까지 만나보겠습니다.

[용해란?]
한 물질이 다른 물질에 녹아 균일하게 섞이는 현상을 용해라고 합니다. 일반적으로 ‘녹는다’라고 표현하기도 하며, 흙탕물처럼 흙과 물이 분리되거나 고루 섞이지 않는 것은 물리적으로 섞여있을 뿐, 용해되었다고 하지는 않습니다.
[용해도란?]
일정한 온도에서 용매 100g에 최대로 녹을 수 있는 용질의 g수를 나타낸 것을 용해도라고 합니다.
* 일정한 온도에서 같은 용매에 대한 용해도는 물질의 종류에 따라 다릅니다. 또 같은 용질이라도 용매의 따라 녹을 수 있는 양도 다릅니다. * 용해도는 용매와 용질의 종류, 온도에 모두 영향을 받기에 ‘어떤 용매에’ ,‘어떤 용질을’ ‘어떤 온도에서’녹였는지를 모두 고려해야 합니다기체의 용해도-온도와 압력에 따른 용해도1. 준비물 : 시험관, 탄산음료, 비커, 얼음물, 따뜻한 물, 상온의 물
2. 실험
1) 각 비커에 얼음물, 따뜻한 물, 상온의 물을 준비한다.
2) 같은 양의 탄산음료를 담은 시험관을 두개씩 비커에 넣는다. 이때 시험관 한쪽은 뚜껑을, 다른 한 쪽은 뚜껑을 씌우지 않은 채로 준비한다.
3) 충분한 시간을 두고 기다린다.
3. 실험 결과
1) 온도와 기체의 용해도를 비교하기 위해서는 압력이 같은 조건이어야 한다. 때문에 각 비커 속에 뚜껑이 닫혀있는 시험관들만 비교해보면 온도가 높은 비커에 있는 시험관일수록 많은 기포들이 발생한 것을 볼 수있다. 2) 압력과 기체의 용해도를 비교하기 위해서는 온도가 같은 조건이어야 한다. 즉, 같은 비커 내에 들어있는 두 시험관을 비교해보면 뚜껑이 열려있는 쪽의 시험관이 더 많은 기포가 발생된 것을 관찰할 수 있다.
4. 정리
1) 압력이 같을 때, 온도가 높아지게 되면 기체의 용해도가 감소하게 되면서 탄산음료 속에 녹아있던 이산화탄소가 기포의 형태로 빠져나오게 된다.
2) 온도가 일정할 때 기체의 용해도는 압력이 증가할수록 같이 커지게 되고, 압력이 낮아지게 되면 기체의 용해도도 함께 감소한다.
기체의 용해도는 온도와 압력에 모두 영향을 받는다.
온도가 낮을수록, 압력이 클수록, 기체의 용해도가 증가한다.
더불어 기체의 용해도는 온도와 압력 두 가지 모두 영향을 받기 때문에 기체의 용해도를 나타날 때에는 온도와 압력을 함께 표시해야 한다.일상에서 만나는 기체의 용해도[탄산음료와 톱니바퀴]
기체의 용해도를 기억하기 위해서는 맛있는 탄산음료를 먹는 방법에 대해 떠올리면 간단해집니다. 차갑게 보관하고 뚜껑을 꽉 닫아놓을 수록 탄산이 빠져나가지 않고 톡 쏘는 음료를 마실 수 있는 것은 기체의 용해도가 온도가 낮을수록, 압력이 클수록 증가하기 때문입니다.
앞서 잠깐 이야기 했던 탄산음료의 뚜껑 톱니 21개의 비밀도 여기에 있습니다. 톱니수가 21개보다 적으면 온도에 따라 달라지는 기체의 용해도 때문에 빠져나온 탄산이 뚜껑을 밀어내 뚜껑이 느슨해져서 공기가 통하여 부패하거나 완전히 뚜껑이 열려버릴 수가 있습니다. 또 21개보다 톱니수가 많으면 병뚜껑을 열 때 힘이 너무 많이 들어가 자칫 병이 깨져버릴 수 있다고 합니다.
[잠수병]
깊은 바다 속에 들어가는 잠수부들이 조심해야 하는 것은 바로 잠수병입니다. 기체의 용해도는 압력이 클수록 증가하기 때문에, 수압이 높은, 즉 압력이 높은 바다 깊은 곳에 들어갈수록 호흡을 통해 몸 속으로 들어간 질소 기체가 체외로 빠져나오지 못하고 혈액 속에 녹게 됩니다. 이때 갑작스럽게 물위로 올라오고자 하면 녹아있던 질소기체가 기포를 만들며 혈액 속을 돌아다니게 되고, 몸에 통증을 유발시킵니다. 이를 잠수병이라고 부릅니다.
[한여름의 물고기들]
무더운 여름철 실내에 있는 어항 속 물고기들을 관찰해보신적이 있으신가요? 물고기들이 수면위로 올라와 입을 뻐끔거리는 모습 보였을 것입니다. 더운 여름날에는 기온이 높아져 어항 속 산소의 용해도가 작아지게 됩니다. 때문에 호흡하기가 어려워진 물고기들이 수면위로 올라와 숨을 쉬게 된것입니다. 또한 여름철 하천에서도 물고기들이 호흡을 위하여 물 밖으로 입을 내미는 모습을 관찰할 수 있습니다.
[발전소의 떼죽음]
여름날 물고기들과 같은 이유로 발전소로 부터 뜨거운 물이 방출 되었을 때 물고기들이 집단 폐사하기도 합니다. 물속 산소의 용해도가 작아져서 호흡곤란으로 죽게되는 것입니다.

 동아일보