추운 겨울이 지나가고 세상 모든 생명들이 깨어나는 봄이 돌아왔습니다. 우리의 몸을 얼렸던 한파, 갑자기 내렸던 폭설 등 이번 겨울은 이변이 많았습니다. 그래서 봄을 더 기다렸는지도 모르겠습니다. 얼마 전 봄비도 내리고 기온이 오르면서 그동안 움츠렸던 사람들의 발걸음도 조금씩 가벼워지고 있는데요. 여러분들은 봄 하면 어떤 것들이 떠오르시나요? 새싹, 봄비, 소풍, 개나리 등 왠지 낭만적이고 긍정적인 것들이 많이 떠오르는 것 같습니다.
그러나 봄은 이렇게 좋은 것들만 존재하는 것은 아닙니다. 생명의 탄생과 정반대되는 일도 일어난답니다. 벌써 눈치채신 분들도 계실 텐데요. 2013년 국민안전 국가화재정보센터의 계절별 화재 발생 데이터를 살펴보면 1위가 봄인 것으로 나타났습니다. 여러분은 불이 나면 어떻게 대처해야 하는지 알고 계신가요? 불을 끄는데도 화학이 숨어있다고 하는데요. 오늘은 불 속에 숨어있는 화학에 대해서 이야기해보도록 하겠습니다.
성냥에 불이 붙는 원리도 화학으로 설명할 수 있습니다. 간단하게 보이는 성냥에도 다양한 화학원리가 숨어있는데요. 성냥에 불이 붙는 것과 성냥이 타는 것은 눈으로 보이기에는 같아 보일 수 있으나, 서로 다른 두 개의 과정입니다. 우선 성냥에 불이 붙는 것은 순간적인 마찰력의 힘 때문입니다. 순간적인 마찰력으로 인해 온도가 1400℃까지 올라가게 되고, 그 온도로 인해 발화성 물질로 만들어진 성냥개비 머리 부분에 열이 전달되면서 발화가 일어나게 되는 것입니다. 이런 현상이 더 자연스럽게 일어나게 하기 위해 성냥갑 부분은 거칠게 만들고, 성냥개비의 머리는 마찰열만으로도 충분히 불이 켜질 만큼 발화점이 낮은 인과 같은 성분으로 만들게 되는 것입니다. 이런 원리로 인해 한 번 타버린 성냥개비를 다시 사용할 수 없게 되는 것입니다.
이렇게 마찰열로 인해 불이 성냥개비에 불이 붙으면, 연소라는 화학반응이 일어납니다. 연소는 물질과 산소가 반응하는 것인데요. 그래서 불이 지속적으로 붙기 위해서는 공기가 충분히 공급되어야 합니다. 공기에는 여러 기체가 혼합되어 있는데요, 산소가 약 21%, 질소가 78%를 차지하고 나머지는 비활성기체와 이산화탄소로 구성되어 있다고 합니다. 물질이 연소하면 처음과는 다른 물질이 생성되는데 이를 연소생성물이라고 부릅니다. 연소생성물을 가지고 연료가 가진 성분원소를 추측하기도 합니다. 예를 들어, 숯은 탄소가 주성분으로 연소하면 이산화탄소를 생성합니다. 이와 같이 생성물이 기체인 경우 연료는 연소 후 질량이 감소하게 됩니다.
연소의 3요소라고 많이 들어보셨죠? 어떤 물질이 타기 위해서는 3가지 요소가 필요하다는 이야기인데요, 연료(타는 물질), 발화점 이상의 온도, 일정량 이상의 산소가 있어야 연소가 일어납니다. 즉, 이 3가지 요소 중에 하나 이상의 조건만 제거해도 불이 꺼지게 되는데, 이를 소화하고 합니다. 예를 들어, 불이 붙어있는 성냥개비에 입김을 세게 불면 기체 상태의 탈 물질이 입김으로 날아가면서 불이 꺼지게 되며, 타고 있는 성냥개비를 유리컵으로 덮으면 산소 공급이 차단되어 불이 꺼지게 됩니다. 또한 성냥에 물을 뿌리면 성냥개비의 온도가 발화점 이하로 내려가면서 불이 꺼지게 됩니다.
요색남이 인기몰이를 하면서 각종 티비프로그램에서는 요리에 관한 이야기가 끊임없이 나오고 있습니다. 요리프로그램들이 늘어나면서 다양한 재료로 만드는 요리만 보여주는 것이 아니라, 요리사들의 화려한 요리 기술을 보여주면서 시청자의 시선을 사로잡고 있습니다. 그중에서도 요리를 하면서 불을 붙이는 장면은 요리를 못 하는 사람들도 요리에 대한 호기심을 갖게 만듭니다. 이런 화려한 기술 속에서 화학이 숨어있다는 것 알고 계셨나요? 불을 붙이는 장면을 연출하기 위해 다양한 요리법들을 찾아보다 보면 술에 불을 붙이기 전에 술을 먼저 따뜻하게 데워놓으라고 되어있는데요.
그 이유는 바로 액체는 불꽃을 유지시켜주지 못하기 때문입니다. 술의 알코올 성분에서 생긴 증기가 우리가 보는 멋진 장면을 연출시켜주는 비밀인데요. 술을 따뜻하게 만들면 알코올의 증기가 발생해서 불이 더 쉽게 붙게 됩니다. 불이 붙기 쉬운 액체도 발화점까지 가열되기 전에는 불이 붙지 않는데요. 발화점 이하의 차가운 술은 불을 붙이기 위한 충분한 증기를 내놓지 않는다고 합니다. 또한 술은 물과 섞여 있는 혼합물이라, 알코올이 100%로 이뤄지지 않아 그냥 불을 붙이는 건 어렵다고 합니다. 그래서 술에 불을 붙이기 위해서는 따뜻하게 만들어, 불이 붙을 수 있는 환경을 만들어줘야 하는 것입니다.
집에서 요리를 하는 사람들이 늘어나면서, 다양한 요리재료들을 구비하는 경우가 많습니다. 그 요리재료들 많은 인기를 얻고 있는 것들 중 하나는 바로 베이킹소다입니다. 그런데 베이킹소다가 요리에서만 마법의 가루로 사용되는 것이 아니라, 불이 났을 때, 불도 끌 수 있다는 사실 알고 계셨나요? 앞에서 공부한 소화의 방법 중 하나는 산소를 제거하여 연소를 시키는 것이었는데요, 대표적인 예가 우리 알고 있는 이산화탄소 소화기입니다. 이산화탄소 소화기는 공기보다 무거운 이산화탄소를 배출하여 산소를 차단하는 원리입니다. 이런 원리가 베이킹소다에도 그대로 적용된다고 합니다. 베이킹소다는 탄산수소나트륨인데, 불이 난 곳에 베이킹소다를 뿌려주면 고온에서 열분해되어 이산화탄소를 생성하고 생성된 이산화탄소가 소화기와 마찬가지로 산소를 차단하여 불이 꺼지게 됩니다.
▲ 스프링클러(출처: http://www.fireline.com/)
막상 화재가 발생하면 사람들은 당황하거나 공포감에 옆에 있는 소화기도 사용하지 못하고 그 자리에서 꼼짝도 하지 않는 경우가 많습니다. 이런 다급한 상황 속에 우리의 안전을 지켜주는 스프링클러가 있습니다. 사무실이나 빌딩의 천장에 보면 금속 쇠붙이 같은 것들이 매달려있는 것을 볼 수 있는데, 이것이 바로 스프링클러입니다. 불이 나면 스스로 작동하여 물을 뿜어주는 스프링클러는 어떤 원리로 작동을 할까요?
스프링클러는 우리 눈에 보이지 않지만, 파이프 라인이 삽입되어 있고, 그 파이프 라인 안에는 압력을 받고 있는 물이 들어있습니다. 평소에는 이 물을 막고 있는 마개가 있어 물에 이동이 없으나, 화재가 발생하여 열이 스프링클러에 도달하면 스프링클러의 헤드에 마개를 막고 있던 고체 연결체나 유리구가 파손되면서 마개가 이탈되고 물이 뿜어져 나와 불을 끄게 되는 것입니다. 마개를 막고 있는 금속들은 대부분 74도에서 녹을 수 있는 녹는 점을 가지고 있는 금속들로 구성됩니다. 또한 유리구에 들어있는 액체는 화재의 열에 의해서 팽창을 하게 되고, 액체의 팽창으로 인해 유리구가 깨지게 됩니다.
화재라는 것은 잠깐의 부주의로 갑자기 우리 앞에 등장하게 됩니다. 그런 이유에서 많은 사람들이 불을 무서워하게 되고, 불이 났을 때 정확하게 대처하지 못해 더 큰불로 큰 피해를 보게 되는 경우가 발생하고 있습니다. 불이라는 것은 모르면 위험하고 무서운 존재이지만, 잘 알고 사용하면 안전하고 편리한 존재인 것 같습니다. 지금까지 알려드린 불 속에 숨어있는 다양한 화학이야기를 통해 좀 더 안전하고 편리하게 불을 다루시길 바랄게요.
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