2013년 계사년 뱀의 해가 밝았습니다. 다들 희망찬 새해가 되기를 바라면서 신년에 하실 일들을 계획하고 계실 텐데요, 여러분들은 어떤 것을 계획하고 있나요? 외국인과 아메리카노 한 잔을 하면서 프리토킹을 하는 것을 꿈꾸며 영어공부를 준비 하는 분도 있을 거고, 오랜 세월 나의 스트레스를 함께 나눠준 고마운 친구, 담배와 안녕을 고하며 금연을 계획하는 분도 있을 겁니다. 새해를 맞이하여 새롭게 세우는 나만의 목표! 뭐니뭐니해도 빼놓을 수 없는 것이 다이어트, 바로 건강이 아닐까요?
운동은 계획적으로 꾸준히 하는 것도 중요하지만 몇 가지 주의사항을 꼭 숙지하셔야 합니다. 바로 충분한 준비운동과 수분 섭취! 갑작스러운 움직임으로 둔해진 몸이 다치는 것을 막기 위해 운동 전 후, 스트레칭과 같은 마무리 운동을 해줘야 근육이 뭉치는 것을 막고 다음에 운동을 할 때에도 몸에 무리가 가지 않습니다. 또한 땀을 많이 흘렸을 경우 우리의 몸은 수분 손실과 함께 몸 속 나트륨이나 마그네슘과 같은 이온도 함께 배출합니다. 이 때 빠져나간 수분과 이온이 제대로 보충되지 않으면 우리의 몸은 고열과 함께 이상 현상을 일으키게 됩니다. 이러한 현상을 막기 위해 축구나 농구와 같은 오랜 시간 동안 운동을 하는 스포츠 선수들은 이온음료를 마셔 손실된 수분과 이온을 보충해주곤 합니다.
이렇듯 이온은 부족할 경우 정상적인 활동을 하지 못할 만큼, 우리의 몸 속 중요한 역할을 담당하고 있는데요~ 우리는 이러한 이온을 ‘전해질’이라 부릅니다. 이 전해질은 사람의 몸뿐만 아니라 우리가 많이 사용하는 배터리에서도 아주 중요한 역할을 합니다. 그래서 오늘은 우리 몸과 배터리에 아주 중요한 전해질에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
스트레스가 쌓일 땐 뭐니뭐니해도 달달한 것이 최고~ 하지만 너무 많이 섭취하면 절대 안되는, 대표적인 천연 감미료, 설탕! 그리고 맛깔나는 요리의 간을 맞출 때 가장 많이 쓰이는 소금! 이 두가지 천연 감미료는 겉으로 볼 때 너무 똑같이 생겨서 직접 맛을 보지 않고서는 종종 헷갈릴 때가 많습니다. 이렇게 비슷한 소금과 설탕, 과연 화학적으로도 유사할까요?
소금은 화학식 NaCl으로 나트륨 양이온(Na+)와 염화 음이온(Cl-)이 만나서 이뤄진 물질을 일컫습니다. 마치 자석의 N극과 S극이 서로 끌리 듯 양이온과 음이온이 서로 당기는 정전기적인 힘으로 뭉쳐져 있는 거죠. 하지만 물에 녹을 경우 소금은 양이온과 음이온으로 분리되는데요, 물 분자가 각각의 이온을 둘러싸며 두 이온이 잘 분리될 수 있도록 도와줍니다. 이 때 소금을 녹이는 물은 전기를 통하게 하는데, 우리는 이러한 물질을 전해질이라 부릅니다.
반면 설탕은 이러한 소금과는 다른 성질을 지니고 있습니다. 두 개의 이온이 아닌 하나의 분자로 이뤄진 물질인 것이죠. 그래서 물에 녹이면 단순히 설탕 분자들이 고르게 퍼져있게 됩니다. 또한 설탕이 녹은 물에는 전기를 흘려주어도 소금물과는 달리 전기가 흐르지 않습니다. 이렇게 물과 같은 용매에는 녹지만 이온이 생기지 않아 전기를 통하지 않는 물질을 일컬어, 우리는 비전해질이라고 부릅니다.
순수한 물에도 전기를 흐르게 해주는 전해질! 알고 보면 사람에게는 아주 중요한 역할을 해주고 있습니다. 첫 번째는 우리가 움직이고 말하고 느끼고 보는 이 모든 것들이 전해질을 이용해서 진행되고 있다는 것입니다. 아름다운 물건을 보고 예쁘다고 생각하는 것, 만져보고 싶어서 손을 움직이는 것 모두 전해질이 있어 가능한 것입니다.
인간은 어떠한 것에 반응할 때 느낀 것들을 뇌로 전달하고, 다시 뇌에서 만들어진 명령을 손으로전달시켜 근육을 움직입니다. 이렇게 복잡한 과정이 1초도 안 되는 짧은 시간에 빠르게 일어나기 위해서는 신경세포에 있는 나트륨과 칼륨 이온들이 농도 차이를 이용해 빠르게 이동하며 원하는 곳으로 전달을 함으로써 근육을 움직이는 것입니다.
신호 전달 속도는 사람마다 차이는 있겠지만 60~120m/s정도로 1초에 60m에서 120m를 갈 수 있는 속도라고 합니다. 예를 들어 사람의 키가 2m이고 신경전달 속도가 100m/s일때 할 때 발에서 느끼는 촉감 신호가 뇌로 전달되는데 걸리는 시간은 약 0.02초인 것이죠. 와- 정말 빠르죠?!
이 뿐만 아니라 전해질은 신체에서 산성과 염기성을 조절해주는 역할을 하고 있습니다. 매일 수많은 화학적 반응을 일으키는 우리의 몸은 체내의 반응을 조절하기 위해서 생물 촉매인 효소를 이용합니다. 적절한 반응을 위해서는 우리 몸이 적정 체온을 유지해야 하며 약 염기성인 상태가 되어야 하는데요~ 이 염기성인 상태를 유지하기 위해서 우리 몸은 이산화탄소를 특정 효소를 이용해서 탄산수소이온으로 바꾸고 항상 약 염기성인 상태를 유지합니다.
빠른 신경 전달과 체내의 염기성을 유지하는 데에 꼭 필요한 전해질이 배터리에도 이용된다는 사실을 알고 계시나요? 한화케미칼에서 많은 연구를 하고 있는 리튬 이온 배터리에도 이러한 전해질은 필수라고 합니다. 배터리가 작동하는 원리는 양극제와 음극제에서 일어나는 산화환원 반응이 필수입니다. 음극에서는 전자를 잃어버리는 산화 반응이 일어나야 하며, 양극에서는 전자를 얻는 환원 반응이 일어나야 합니다. 이러한 반응이 계속적으로 일어나야 배터리가 계속 전기를 보내줄 수 있는데요, 이때 전자를 잃은 이온이 계속 음극에만 있으면 양극에서 전자를 받을 이온이 없어서 배터리의 작동이 멈추게 됩니다. 그래서 리튬이온 배터리에서는 이러한 이온의 이동과 안정적인 배터리 작동을 위해 육불화인산리튬(LiPF6, lithium hexafluorophosphate)과 같은 물질을 전해질로 사용하고 있습니다.
하지만 요즘처럼 추운 날씨에서는 양극에서 음극으로 가는 전해질의 움직임이 덜하기 때문에 배터리의 성능을 떨어뜨립니다. 그래서 겨울산이나 추운 스키장에 가면 핸드폰과 같은 기기들이 간혹 먹통이 되는 것이죠.
우리가 먹고 마시는 음식뿐만 아니라, 체내의 반응 그리고 배터리까지. 우리 삶에 매우 밀접한 역할을 하고 있는 전해질! 조금은 어려운 과학 상식들도 알고 보면 우리 생활에 수많은 도움을 준다는 것을 느낄 수 있습니다. 오늘 한화케미칼 블로그를 통해 전해질의 역할을 알았으니~ 이온 음료를 마실 때, 소금으로 간을 할 때, 모두들 한번씩 전해질을 떠올리겠죠?^^
- 참고문헌 –
한화케미칼 http://hcc.hanwha.co.kr
한화케미칼 블로그 http://www.chemidream.com
Quantitative chemical analysis, Daniel C. Harris, FREEMAN
Biochemistry, J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer
리튬이온전지, 전자부품연구원
