이번 주부터 '펀펀 과학실'이 격주로 게재됩니다. 펀펀 과학실은 우리 생활과 밀접한 과학을 남녀노소 누구나 쉽게 이해하고 직접 해볼 수 있는 과학실험을 소개합니다.


▶학습 주제

혼합물의 정의 이해하기, 혼합물 분리 방법 찾아보기, 정수기 원리 이해하기

▶실험 주의사항

- 송곳으로 컵에 구멍을 뚫을 때 손을 다치지 않도록 한다.

-거름종이가 컵에 완전히 밀착되지 않는 경우, 물에 섞인 숯가루가 제대로 걸러지지 않을 수 있다.

-미니 정수기로 걸러낸 물을 절대 마시지 않는다.

음용수를 얻기 위한 방법은 다양하다. 일례로 우물을 파서 지하수를 얻는 방법이 있다. 하지만 이는 산업화 이후 점차 공장 폐수, 생활하수 등에 오염되면서 안전한 물이라는 확신이 줄고 있다. 물을 끓여 마시는 방법은 중금속이나 합성세제까지 제거할 수 없다는 단점이 있다. 하지만 과학기술의 발달에 따라 물에서 오염물질을 분리·제거할 수 있는 '막'이 개발되고, 정수기의 등장으로 가정이나 사무실에서 간편하게 물을 정수해 먹고 있다. 간단한 재료로 미니 정수기를 만들어 정수의 원리를 알아보자.

실험에 사용된 미니 정수기는 일반 정수기와 달리 오염된 지표수가 깨끗한 지하수로 정화되는 과정을 보여준다. 흙탕물을 미니 정수기에 부으면 자갈과 모래층, 숯층, 거름종이층을 차례로 통과하며 정화된다. 이 과정을 좀 더 자세히 보면 흙탕물이 각 층을 지나는 시간이 점점 길어지는 것을 알 수 있다. 자갈과 모래층을 금방 빠져나갔다면, 그 다음 숯층은 좀 더 오래 머물고 거름종이를 통과해 최종 플라스틱컵에 담기는 시간은 가장 오래 걸린다. 이는 층별로 마련된 구성물질 간의 틈이 점점 촘촘해지기 때문이다. 자갈-모래층을 통과한 미세 오염물질은 숯층을 지나며 흡착된다. 숯가루가 섞인 물은 촘촘한 거름종이를 지나며 다시 깨끗하게 걸러진다. 이 과정을 반복할수록 물은 더욱 깨끗해진다. 정화에 사용된 숯은 대개 공기의 공급을 차단하고 고온에서 나무를 가열해 탄화시켜 만든다. 때문에 숯의 주성분은 70~90%가 탄소 결정체다. 숯을 수돗물에 넣으면 염소 같은 유독물질을 분해해 깨끗한 물로 정화된다.

미니 정수기에 부은 흙탕물은 여러 개의 층을 통과하며 깨끗하게 걸러졌다. 이는 지하수가 자연적으로 정화되는 과정과 비슷하다. 지표에서 오염돼 땅 속으로 스며든 물은 모래층이나 석탄층을 지나는 과정에서 물속의 각종 오염 물질이 분리·제거된 뒤 지하수로 돌아간다.

시중에 판매되는 정수기는 대부분 화학적으로 물질을 분리하는 전기장치와 미세한 알갱이를 걸러내는 필터로 구성돼 있다. 대부분의 물은 인간이 마시기 위해 정화 과정을 거치지만 의학, 약리학, 화학, 산업 등의 목적으로도 정수되고 있다.

유기현 과학칼럼니스트


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