물 Water

 물은 세계와 모든 창조물들의 자궁이었다. 가장 고귀하고 우아한 색들이 이 검고 더러운 땅에서 생겨나자, 태초에는 형태 없는 오물에 불과했던 원시물질로부터 다양한 창조물들이 탄생되었다. 미분화 상태에 있는 물의 원소를 보라! 그 다음에 모든 금속, 바위, 반짝이는 루비, 빛나는 홍옥, 수정, 그리고 금과 은이 어떻게 물로부터 비롯되었는지를 보라! 누가 물속에 이 모든 것들이 있었음을 알 수 있었단 말인가?

스위스 연금술사 파라켈수스 Paracelsus

 물은 어디에나 있다. 모든 곳에는 물이 존재한다. 물은 액체일 때의 이름이고, 온도가 낮아져 굳게되어 고체가 되면 그때의 이름은 얼음, 온도가 높아져 기체로 변했을 때는 수증기라고 부르지만, 물과 얼음과 수증기는 모두 하나인 물질이다. 우리 몸에도 물은 성인 남성 몸무게의 약 60% 가량을 차지할 정도로 많이 있다. 우리가 무엇으로 구성되어 있고, 그 물질은 어디에서 왔는가를 이해하는 것은 우리 존엄의 일부이다. 뼈와 피보다도 더 본질적인 것, 수소와 산소 그리고 물이 생겨나는 과정을 알아가보자^[각주:1]. 수소(H)와 산소(O)는 우리를 존재할 수 있게 한 두 원소이다. 물이 H₂O라는 것을 모르는 사람이 없을 정도로 가장 유명하고 유일한 화학식이다. H₂O라는 식에서 볼 수 있듯이 물은 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자가 결합하고 있다.

 1800년에 처음으로 물을 분해해서 수소와 산소를 얻은 사람은 영국의 화학자 니콜슨William Nicholson이다. 그 후 1805년에 게이뤼삭Joseph Louis Gay-Lussac과 훔볼트Alexander von Humboldt가 물이 2개의 수소와 1개의 산소로 이루어져있음을 보였다. 

 수소 2L와 산소 1L를 섞고 스파크를 일으켜서 연소를 시키면 수증기 1L가 생성된다. 이렇게 긴 문장을 간단하게 화학식으로 표현하면 다음과 같다.

2H₂ + O₂ → 2H₂O

 수소H₂는 연소가 가능한 성질인 가연성(可燃性)이 있고, 산소O₂는 연소를 도와주는 성질인 조연성(助燃性)이 있다. 하지만 수소와 산소를 섞고 연소를 시킨 후 새로 생겨난 물질인 물H₂O은 수소처럼 타지도 않고, 산소처럼 연소를 돕는 성질도 없다. 수소와 산소라는 원소로부터 물이라는 화합물이 생겨났다.


 물을 전기분해 할 때는 전해질인 Na₂SO₄ 나 H₂NO₃를 넣어주어서 물에 전기를 통하게 만든 후 전기를 흘려준다. 전류가 흐리기 시작하면 음극에서는 다음과 같은 반응이 일어나서 수소 기체가 발생한다.

2H₂O(l) + 4e^- → 2H₂(g) + 4OH^-(aq)

그리고 양극에서는 다음과 같은 반응이 일어나서 산소 기체가 발생한다.

2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e^-

위 두 반응식에서 볼 수 있는 것처럼, 같은양의 물(2H₂O)이 분해되었을 때 2개의 수소와 1개의 산소가 발생한다. 수상치환으로 두 기체를 포집한다면 다음 그림과 같이 될 것이다.

생성된 수소와 산소는 모두 무색, 무취이므로 확인하는 방법이 필요하다. (-)극에서 생성된 수소는 불을 가져가면 뻥소리와 함께 폭발을 하며, (+)극에서 생성된 산소는 꺼져가는 불씨를 가져가면 불씨가 다시 살아나게 되는 것으로 각 기체의 생성을 확인할 수 있다.

1. 「A Biography of Water」, Philip Ball 지음, 강윤재 옮김, 양문, 2003년 [본문으로]