제 5 주차: 물에 관하여
3.1 물의 탄생
3.2 물의 신비
제 3장 물에 관하여
지구의 물은 어떻게 생겨나고 얼마나 될까?
3.1 물의 탄생
• 지구에 처음 물이 생긴 것에 대한 뚜렷한 정설은 없다.
• 과학자들은 약 46억 년 전에 해를 감싸고 있던 가스 구름 속에서 지구를 비롯한 태양계의 별들이 생겨났고
• 최초의 지구는 뜨거운 가스로 구성될 것이라고 추정한다.
• 오랜 세월 동안 가스가 냉각되면서 수소와 산소의 원자가 안개 처럼 한 덩어리로 만났다.
• 이 수증기 안개가 수 백년 동안 끊임없이 비를 뿌려 지표면이 식 어가면서 단단한 층을 이루었다.
• 여기서 시냇물이 흘러 둥근 모양의 지구가 만들어졌다. 여기저 기서 일어난 화산 폭발은 산의 형태를 만들었고 이것이 세월이 지나면서 대륙으로 되었다는 것이다.
• 지구 탄생의 역사에서 물은 최초로 생긴 물질 중의 하나이다. 물 은 지구에서 가장 풍부한 자원이다.
• 그렇기 때문에 지구를 물의 행성이라고 부르기도 한다.
최초의 물방울
1) 물의 기원
• 약 46억년 전에, 지구가 처음 생성되었을 때는 오늘날처럼 물이 나 대기가 없었다.
• 가스 구름의 아주 작은 알갱이들이 서로 잡아당기고 부딪치는 동안에 점점 더 큰 알갱이로 자라고 수많은 큰 알갱이들이 아주 빠른 속도로 부딪치면서 생긴 열과의 반응으로 아주 뜨거워져 녹아버리게 되었다.
• 여기저기서 일어난 화산 폭발과 더불어 빠져 나온 기체들이 새 로운 대기를 만들었다. 이 대기는 지금과 달리 메탄가스, 수소가 스, 암모니아가스, 그리고 수증기가 대부분이었다.
• 수증기들이 점점 더 크게 뭉쳐져서 더 이상 지탱할 수 없게 되자 비가 되어 수 백년 동안 끊임없이 내리기 시작했다. 땅 껍질이 꺼진 부분은 모두 물로 채워져 태초의 바다가 생겨났는데, 이 바 다는 민물 바다였다.
최초의 물방울
약 46억년 전 태양을 감싸던 가스구름에서 태양계 생성
가스알갱이들의 응집
화산폭발때 나온 가스들이 대기를 만듬.
초기대기(메탄, 암모니아, 수소 그리고 수증기)
비가 끊임 없이 내려 바다생성.
지 구
지구 탄생시 최초로 생긴 생성물중 하나.
물에 의해 산이 깍이고 평지가 바다가 됨.
지구가 파랗게 보이는 이유.
물의 총량은 과거부터 변함 없음.
물
염분의 99% : 염소>나트륨>황>마그네슘>칼슘>칼륨
소금생성 : 바위가 침식되면서 생김.
소금의 주성분 : 염화나트륨
증발작용과 강수는 염분에 영향을 줌.
염분농도(소금35g) : 아열대(증발작용) > 적도부근(강수)
빛의 흡수 : 빨>노>초>파 (물속의 작은 알갱이에 기인)
바닷물
물이 없다면 ….
2) 물과 생명
• 지구에 물이 없다면 어떻게 될까요?
• 그렇게 되면 나무도, 동물도, 사람마저도 없을 것이다.
• 살아있는 모든 것은 살아가는데 물을 필요로 한다.
• 우리가 숨을 쉬는데 필요한 공기와 함께 물은 우리에게 가장 필 요한 것이다. 물이 없다면 지구는 달과 같아질 것이다.
• 물이 없다면 우리들은 며칠밖에 살 수 없게 된다.
• 우리 몸의 약 70%~80%가 물이고 우리 몸의 모든 기관들은 물 을 필요로 한다.
사람-움직이는 물통
• 생명이 있는 모든 것은 그 생명의 원천을 물에 두고 있다.
• 인간은 물론 동물이나 식물 아니 미생물에 이르기까지 물 없이 는 생겨날 수도 살 수도 없다.
• 물의 생성이나 그 기원에 대해서 사람들은 오랜 옛날부터 관심 을 가져왔다.
• 오랜 옛날에도 사람들은 물이 생명의 근원이라 생각했다.
• 지구상 최초의 생명체가 바다, 즉 물 속에서 나타났다는 설이 거 의 정론(定論)으로 받아들여지고 있지만, 어떻게 기원하였는지 에 대해서는 아직 연구가 계속되고 있다.
• 이와 같이 생명의 기원과 깊은 관련이 있으며, 생명이 약동하는 곳에는 물 분자의 활발한 운동이 있다.
• 생태계에서도 혐기성(嫌氣性)생물은 있어도 혐수성(嫌水性) 생 물은 찾아볼 수가 없다는 것이다.
• 동물, 식물뿐만 아니라 미생물에 이르기까지 아무리 많은 영양 분이 있어도 물이 없으면 생명활동을 유지할 수 없다.
2) 물과 생명
사람-움직이는 물통
• 그것뿐이 아니다. 체내의 물은 피의 농도를 조절하기도 하며 적 당히 땀을 흘려 체온을 조절하기도 한다.
• 비록 적은 양이기는 하지만 눈물을 계속 흘려 눈을 움직이게 하 고 먼지 등 불순물의 침입을 막아 눈을 보호하기도 한다.
• 모든 생명의 근원이 원시 바다라는 견해는 인간으로부터 증명되 는 것 같다.
• 그것은 여성의 양수의 성분이 바닷물과 아주 비슷하며,
• 사람의 몸을 구성하는 성분이 바닷물에 들어있는 나트륨, 칼슘, 염소, 칼륨, 마그네슘 등과 거의 비슷한 비율로 들어 있다는 점이 하나의 증거다.
• 사람이 물을 보면 마음이 넉넉해지고 편안해지며 헤엄을 치고 싶은 충동을 느끼는 것도 일종의 귀소 본능 이라 할 수 있다.
1996년 일본에서 개발
1- 5%의 과즙.
단맛 : 포도당, 과당 등, 신맛 : 구연산
과일향 첨가.
pH 2.98
칼로리 : 20 – 35kcal/100ml (저열량기준 : 20) 미과즙
음료수
2%,O2 체내수분 부족 : 1 -2%(심한갈증), 5%(사망)
피부를 통한 호흡 : 전체의 0.6%
폐나 피부의 호흡에 비하면 鳥足之血
자연수의 조건
물에 부유물질, 거품, 악취, 그리고 색깔 등이 거의 없고 주위의 기온과 비슷한 수온 변화를 가져야 함.
물리적 조건
생물에 필요한 적당한 양의 산소가 녹아 있어야 함.
무기영양소가 정상적으로 균형있게 용해.
화학적 조건
식물과 동물, 그리고 미생물이 살 수 있는 범위의 유 기성 영양염이 함유된 물.
생물학적 조건
물은 일상적으로 쓰는 것이라고 하여 사람들이 흔히 홀시하는 데 그것은 물이 하늘에서 생겼다는 것을 알지 못하기 때문이다.
사람은 물과 음식에 의해서 영양된다. 그러니 물이 사람에게 중요한 것이 아니겠는가. 사람은 살찐 사람도 있고 여윈 사람 도 있으며 오래 사는 사람도 있고 오래 살지 못하는 사람도 있 다. 이런 차이가 생기는 원인은 흔히 수토(水土)가 같지 않기 때문이다.
인용 1
동의보감 인용
우물물은 땅속 깊이 있는 물줄기에서 나오는 것이라야 제일 좋 다. 얕은 곳에서 나오는 것은 강물이 스며 들어간 것이기 때문 에 좋지 않다. 그리고 사람이 많이 사는 도시의 우물물은 개울 의 더러운 물이 스며 들어간 것이기 때문에 맛이 쩝절하다.
그러므로 끓여서 한참동안 놓아두어 가라앉혀서 쩝절한 맛이 없어진 다음 그 윗물을 써야 한다.
인용 2
병을 치료하는데 쓰는 물은 다 맑은 샘물을 새로 길어다가 써 야 한다. 한 곳에 고여 있어서 더러워지고 흐리며 미지근한 물 을 쓰면 효과가 없을 뿐만 아니라 오히려 사람에게 해롭다. 그 러므로 쓰지 않는 것이 좋다
인용 3
정화수란 새벽에 처음으로 길어온 우물물을 말한다. 성질은 평 (平)하고 맛은 달며[甘] 독은 없다. 몹시 놀라서 9구로 피가 나 오는 것을 치료하는데 입에서 냄새가 나는 것도 없애고 얼굴빛 도 좋아지게 하며 눈에 생긴 군살을 없애며 술을 마신 뒤에 생 긴 열리(熱痢)도 낫게 한다.
정화수 井華水
동의보감에서 물종류 - 1
우물물을 새로 길어다가 독에 붓지 않은 것을 말한다. 성질은 평(平)하고 맛은 달며[甘] 독이 없다. 소갈, 반위, 열성이질, 열 림(熱淋)을 치료하며 대소변을 잘 나가게 한다.
한천수 寒泉水
음력 정월에 처음으로 내리는 빗물을 그릇에 받아서 거기에 약 을 달여 먹으면 양기가 위로 오르게 된다. 이물을 부부간이 각 각 1잔씩 마시고 부부관계를 맺으면 임신하게 된다.
춘우수 春雨水
가을철 아침 해가 뜨기 전에 이슬을 말한다. 몸을 가벼워지게 하며 배가 고프지 않게 한다. 또한 살빛을 윤택해지게 한다.
추로수 秋露水
가장 맛있는 온도 : 16℃, 맛없는 온도 : 35-45 ℃
상쾌한 온도 : 9 - 10 ℃, 따스한 온도 : 70 ℃.
칼슘 : 다량일 경우 쓴맛, 적당량일 경우 좋은 맛.
규산 : 물맛을 좋게 하는 가장 중요한 성분.
마그네슘, 황산, 염소 등.
좋은 물맛
물에도 맛이 있다.
정수기 : 아폴로 계획중 개발.
삼투현상(반투막)
역삼투압(구멍크기)
생활 : 생선이나 야채를 소금에 절임.
역삼투
3.2 물의 신비
큰 비열
표면장력과 부착장력
모세관현상 : 흙속에서의 물순환, 식물줄기를 통한 용액이동, 동물피의 순환
물의 특성
흔하지만 유별난 물질
1) 물의 특성
• 물은 흔하지만 유별난 물질이다. 너무 흔해 우리가 물을 소홀히 다루기도 하지만, 물이 가진 특별한 성질덕분에 인간을 비롯한 모든 생명체가 살아 갈 수 있는 것이다.
• 물은 대부분의 물질을 녹일 수 있다. 물만큼 다른 물질을 녹일 수 있는 액체는 없는 것이다. 또한 물은 자신이 녹이는 물질들에 의해 그 성질이 화학적으로 변하지 않기 때문에 반복해서 쓰일 수 있다.
• 모든 물질은 온도가 내려가면 부피가 줄어들게 된다. 그러나 물 은 섭씨 4도일 때의 부피가 가장 적고, 그보다 수온이 낮아지면 오히려 부피가 늘어난다.
⇒ 얼음이 되면 10분의 1쯤 부피가 더 커지게 된다. 무게가 그대로 인 채 부피만 늘어나므로 그만큼 가벼워지고 늘어난 부피만큼 물에 뜨게 되는 것이다.
⇒ 이것이 빙산이 바다에 10분의 1만 모습을 내보이고 떠다니는 이 유인 것이다.
흔하지만 유별난 물질
1) 물의 특성
• 얼린 물병은 팽창한다.>>>>>> 얼음은 물보다 부피가 크다
흔하지만 유별난 물질
(1) 물의 특성
• 또한 물은 대단히 큰 표면장력과 부착장력을 갖고 있다.
⇒ 표면장력과 부착장력이 합쳐져서 아주 가는 대롱 속의 물을 상당 한 높이까지 끌어올릴 수 있게 된다. 이것을 '모세관현상'이라고 부르는데, 이런 물의 능력 때문에 흙 속에서의 물의 순환과 식물 줄기를 통한 용액의 순환, 그리고 동물의 피 순환이 이루어질 수 있는 것이다.
• 물은 매우 큰 비열을 가지고 있다.
⇒ 물은 다른 어떤 물체보다도 온도가 적게 상승하면서도 보다 많은 열을 흡수할 수 있다. 똑같은 태양열이 내려 쬔다고 해도 건조한 사막은 호수보다 기온이 다섯 배나 더 올라가게 된다.
⇒ 또한 반대로 온도가 눈에 띄게 낮아지지 않으면서도 막대한 열을 내어놓아 낮과 밤의 차이가 줄어들어 우리가 살아갈 수 있게 되 는 것이다.
• 이와 같은 물의 유별난 특성이 지구상의 기후와 일기를 지배하 고 있고 인류의 생활환경과 양식을 다르게 하는 것이다.
0 ℃ -> 100 ℃ (100cal)
100 ℃ -> 수증기 (540cal)
빠른 운동에너지를 가진 물분자 증발시 온도 낮아짐.
100 ℃ -> 0 ℃ 로 떨어지는 동안 질량의 16% 증발.
증발이 전도보다 빠른때 뜨거운 물이 먼저 언다.
증발현상
땀을 마르게 하기 위함.
수분이 증발하면서 열을 빼았음.
검은 옷은 흰옷에 비해 6℃정도 온도 높임.
하부 : 외부공기, 상부 : 더워진 공기
여름철의 불쾌감 검은옷
뜨거운 물
얼음 -> 0℃ (80cal 융해열)
얼음이 녹을 때 주변 공기로부터 열을 빼았음.
화학결합(수소결합)
빙산 수소결합
차가운 물
액체와 기체 혹은 액체와 고체 등 서로 다른 상태의 물 질이 맞닿아 있을 때 그 경계면에 생기는 면적을 최소화 하도록 작용하는 힘.
정의
액체분자의 분포가 액체내부의 분화와 다름.
내부 : 사방에서 인력을 받음.
표면 : 공기와 닿은 표적을 최소화.
안티포그액 : 표면장력 감소시킴.
적용
표면장력
2) 물의 형태와 색
• 물은 맛도 없고, 냄새도 색깔도 없다. 물은 온도 변화에 따라 고 체, 액체, 기체의 세 가지 상태로 변할 수 있다.
• 고체상태의 물 : 얼음은 응고된 물이다. 물이 얼면 그 분자들이 더 멀리 떨어지게 되어 물보다 비중이 낮은 얼음이 된다. 이것은 같은 부피의 물보다 얼음이 가볍다는 것을 뜻한다. 그래서 얼음 은 물에 뜨게 되는 것이다.
• 액체상태의 물 : 액체상태의 물은 물건들을 젖게 만들고 형태가 바뀔 수 있다. 우리들이 씻고 마실 뿐만 아니라 다른 여러 가지 용도에 이 물을 사용하게 된다.
• 기체상태의 물 : 증기는 우리 주위의 공기 속에 항상 존재하고 있다. 그러나 눈에는 보이지 않는다. 물은 끓일 때 액체에서 기체 로 변하는데, 우리는 수증기라 불리는 일종의 작은 구름을 볼 수 가 있다. 이 수증기가 우리가 하늘에서 볼 수 있는 구름의 축소 판인 것이다. 증기는 공기 속에 있는 작은 먼지 알갱이에 달라붙 어 그것들이 날씨가 따뜻할 때는 빗방울이 되고 , 추울 때는 얼 어 눈이나 우박이 되어 내리게 되는 것이다.
얼음은 응고된 물.
물보다 비중이 낮아 물에 뜸.
고 체
물의 형태
물건들을 젖게 만들고 형태가 바뀔 수 있음.
맛, 냄새, 색깔 없음 액 체
눈에 보이지 않음.
수증기는 일종의 작은 구름.
기 체
더러워진 물이 스스로 맑아질수 있을까 ?
3) 자정작용
• 자정작용은 물의 온도나 물 속에 녹아있는 산소, 그리고 미생물 등에 의해 영향을 받으며 충분한 시간이 필요하게 된다.
• 이런 분해 과정이 빠른 속도로 이뤄질 수 있도록 시설을 갖춘 곳 이 폐수나 하수 처리장인 것이다.
• 얼마만큼의 폐수나 폐기물로 말미암아 물이 오염된다고 하더라 도 자정작용에 의해 시간이 지나면 오염물질은 분해되어 없어지 게 된다.
• 그러나 물의 자정능력은 한계가 있어서 오염물질이 한꺼번에 또 는 계속해서 지나치게 몰려들면 자정작용만으로는 이 오염물질 을 처리할 수 없게 되어 물은 차츰 더러워지게 된다.
자연적 오염. 인위적 오염
물의 온도, 산소, 미생물 등에 의해 영향 받음.
순수한 물 : 14.6mg/L(0℃), 7mg/L(14℃)
오염
자연의 치유력
정의 : 시간의 경과함에 따라 오염된 물이 점차 깨끗한 물 로 바뀌는 현상.
생물학적 자정작용 : 호기성 미생물이 분해
물리적 자정작용 : 희석,확산,침전 등에 의해 농도가 낮아짐.
화학적 자정 작용 : 산화, 환원, 흡착, 응집 등에 의함.
자정작용
수중 식물의 광합성에 의한 용존 산소량 증가.
물이 흘러감에 따라 공기와의 접촉면이 증가.
물이 흘러감에 따라 오염 물질이 확산, 희석, 침전.
수온이 낮을 경우 산소가 물에 많이 용해됨.
조건
