요즘 날씨가 예년보다 더워져 시원한 음료를 찾는 횟수가 늘어나고 있습니다. 특히 탄산음료는 많은 이들이 찾는 대표적인 음료이지요. 하지만 그 속에는 아주 재미있는 과학이 숨어있습니다.

탄산음료를 가만히 살펴보면 기포가 생기는 것을 관찰할 수 있지요. 그런데 그 기포의 형태가 특이하게도 전부 구형입니다. 그렇다면 구형이 아닌 타원형이나 네모형 기포는 없는 것일까요? 그 기포의 형태를 결정하는 것은 바로 물이지요. 탄산음료의 기포는 주로 병에 넣기 전에 탄산화 과정을 통해 생긴 이산화탄소에 의하여 발생합니다.

하지만 이 이산화탄소 기체는 주로 물에 둘러 쌓이는데 여기에서 모양이 결정되지요.

물은 표면장력이 아주 강한 액체로 같은 물 분자끼리 서로 상호작용하는 것을 좋아합니다. 여기서 표면장력이란 액체가 표면을 가능한 한 작게 하려는 성질을 말하는 것으로, 표면장력이 큰 액체일수록 분자간의 힘이 강합니다. 그것은 표면적을 최소화하려는 경향이 증가하게 된다는 것이지요.

다시 말해 탄산음료 속의 물 분자는 이산화탄소 기체를 중심으로 멀리 떨어진 것과 가까이에 있는 것과의 사이에 힘의 차이가 생기게 됩니다.

즉 이산화탄소 기체와 멀리 떨어져 있는 물 분자들은 서로 간의 힘의 균형을 이루어 영향을 주지 않지요.

반면 이산화탄소 기체에 가까이 있는 물 분자는 기체와의 작용을 최소화하려는 경향을 띠게 됩니다. 따라서 구형의 기포를 생성하게 되지요. 그렇다면 왜 구형일까요?

그것은 일정한 부피에서 최소의 표면적을 가지는 것이 바로 구이기 때문이지요. 이산화탄소 기체의 모양을 구형으로 만들면 기체를 둘러싸는 물 분자와의 표면적이 최소화됩니다. 이렇게 되면 이산화탄소 기체방울을 둘러싸는 물 분자의 수는 최소화될 수 있습니다.

반면 다른 물 분자들과 가깝게 접근하는 물 분자의 수는 최대가 될 수 있는 것이지요. 그래서 분자간의 힘이 강해 표면장력이 큰 액체들에 다른 기체들이 들어갈 때 대부분 구형을 만들게 되는 것이지요.

하지만 액체의 표면장력이 변한다면 구형이 아닌 모양을 가질 수도 있습니다. 만약 물에 표면장력을 감소시키는 계면활성제를 넣으면 가능하지요. 대표적인 계면활성제인 비누를 물에 푼 다음 관찰하면 구형이 아닌 타원형이나 다른 변형된 형태의 기포를 관찰할 수 있게 됩니다.

이제 여러분은 탄산음료의 기포가 왜 구형인지 그 비밀을 아셨죠.



배준우 숭문고 교사