[짬짜면 과학 교실] 불의 꽃이 피어나는 세 가지 조건 

2018.09.01 16:00

[짬짜면 과학 교실] 불의 꽃이 피어나는 세 가지 조건 

GIB 제공
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  양초의 축하 인사
  _윤병무

 

  연소야, 생일 축하해!
  너의 열세 번째 생일을 축하하려고
  환한 생일 케이크를 준비했어.
  그 위에서 나는 빙판의 요정처럼 곧추서서 
  샛노란 불꽃들로 네게 박수를 보내.

  원래는 나는 어둠을 쫓는 일을 해.
  나는 울보여서 일할 때마다 꽃을 피우고는
  주르륵주르륵 고드름 눈물을 흘려.
  나의 노란 화살촉에 둥그렇게 쫓겨난 
  어둠에게 미안해서 눈물을 흘리는 거야.

  불꽃을 피울수록 내 몸은 줄어들어.
  불꽃은 눈물로 피는데, 내 몸은 눈물이거든.
  그래서 나는 불의 꽃이 흘리는 눈물이야.
  그런 나는 고체로 태어나 액체로 일하다가
  불의 꽃과 함께 기체가 되어 생을 마쳐.

  나의 단짝 친구 이름은 산소야.
  나의 단짝 친구 산소는 꽤 많아.
  열 명의 공기 중에서 두 명이나 되거든.
  단짝 친구가 없으면 나는 일할 수 없어.
  네게 산소가 꼭 필요하듯 내게도 그래.

  나의 또 다른 단짝 친구는 뜨거움이야.
  이름이 좀 독특하지. 
  이름대로 이 친구는 정열적이야, 화끈해.
  그래서 이 친구는 인기가 많아.
  나뿐만 아니라 모든 불꽃들이 환호해.

  세상의 불꽃들이 하는 일은 다양해.
  나처럼 어둠을 밝히는 불꽃도 있고
  음식을 하거나 추위를 쫓는 불꽃도 있어.
  불은 잘 쓰면 행복의 꽃이 되지만
  잘못 쓰면 불행의 열매가 될 수도 있어.

 

 


초등생을 위한 덧말


아주 오랜 옛날, 우리의 먼 조상은 어느 날 처음으로 ‘불’을 사용하게 되었어요. 불을 사용하기 시작하면서 사람들의 생활에는 큰 변화가 생겼어요. 날것으로만 먹던 음식을 불에 구워 먹게 되었고, 나무에 불을 지펴 추위를 피할 수 있었어요. 더 지나서는 구리나 철을 녹여 연장, 그릇, 사냥 도구, 무기 등을 만들 수 있었어요. 당시에는 마른풀이나 낙엽, 마른나무가 땔감으로 사용되었을 거예요. 자연 환경에서 손쉽게 구할 수 있는 물질이 그것들이었을 테니까요. 나무나 마른풀뿐만 아니라 석탄, 석유, 천연가스, 초, 종이, 섬유, 기름, 숯 등에 불을 붙이면 열과 빛이 발생해요. 이렇게 불태웠을 때 열과 빛이 생기는 물질을 ‘탈 물질’이라고 해요. 불을 일으키기 위해 재료로 쓰는 탈 물질은 우리 생활에서는 주로 집이나 건물을 난방하거나 음식을 요리할 때 사용해요. 

 

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그런데 탈 물질에 불을 일으키려면 탈 물질뿐만 아니라 두 가지 조건이 더 있어야 가능해요. 그중 하나는 ‘산소’예요. 산소는 지구 대기 중의 21퍼센트를 차지하는 기체인데, 이 산소가 물질이 불타는 것을 도와줘요. 공기 중의 탈 물질은 산소와 화합할 때 열과 빛을 내면서 불타요. 이런 현상은 ‘연소’라고 해요. 연소(燃燒)의 한자는 불탈 연(燃), 불사를 소(燒)예요. 탈 물질에 산소가 충분히 공급되면 탈 물질이 모두 탈 때까지 연소는 계속되어요. 난로, 화로, 남포등, 양초 등은 이런 원리를 이용해 만들었어요. 반면에 아무리 잘 타는 물질이라도 산소가 공급되지 않아서 산소와 반응하지 못하면 연소는 이루어지지 않아요. 

 

산소가 공급되어야 하는 조건 말고도 탈 물질에 불을 일으키려면 불이 붙을 만큼의 온도가 필요해요. 어느 날 숲에 벼락이 떨어져 어떤 나무에 불이 붙어 산불이 일어나는 경우처럼, 탈 물질이 있는 곳에 온도를 충분히 높이면 일부러 불을 붙이지 않아도 탈 물질이 저절로 연소해요. 어떤 탈 물질이 연소하기 시작하는 높은 온도를 그 물질의 ‘발화점’이라고 해요. 발화점(發火點)의 한자는 일어날 발(發), 불 화(火), 점 점(點)이에요. ‘불이 일어나는 곳’이죠. 그래서 탈 물질이 연소하려면 발화점에 다다를 때까지 탈 물질에 열을 가하거나 그 이상으로 주위의 온도를 높여 줘야 해요. 오늘날에는 라이터 등을 사용해 쉽게 발화시키지만, 오래전 우리의 조상들이 처음 불을 다루게 되었을 때는 새로 불을 지피기 위해서는 나뭇가지를 이용해 마찰을 일으켰거나 마른풀에 대고 부싯돌을 마주쳤을 것이라고 흔히들 추정해요. 자연 상태에서 발화점에 도달할 때까지 열을 가할 수 있는 가장 쉬운 방법은 그것이기 때문이에요. 돋보기로 햇빛을 모아서 종이나 마른풀에 열을 가하여 발화시킬 수도 있어요. 

이처럼 어떤 물질이 연소하려면 탈 물질과 그 주변에 산소가 있어야 하고, 발화점 이상의 온도가 필요해요. 이 세 가지 조건 중에서 한 가지라도 빠지면 연소는 일어나지 않아요. 그래서 불타고 있는 불을 끌 때는 이 원리를 이용해요. 즉, 연소의 세 가지 조건 중에서 한 가지 이상의 조건을 없애 불을 끄는 것을 ‘소화’라고 해요. 소화(消火)의 한자는 사라질 소(消), 불 화(火)예요. ‘불이 사라진다.’는 말이에요. 예를 들어 볼까요? 모닥불의 땔감이 시간이 지나서 모두 타 버리면 더 이상 탈 물질이 없어 저절로 불이 꺼져요. 불붙은 알코올램프에 뚜껑을 씌우면 램프 심지에 산소가 공급되지 않아 램프의 불이 꺼져요. 장작불에 물을 부어 장작의 온도를 발화점 이하로 낮추면 장작불은 꺼져요. 이처럼 연소의 조건과 소화의 조건은 같아요.

 

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따라서 만약에 화재가 발생하면 소화의 세 조건을 이용해 최대한 침착하게 불을 꺼야 해요. 화재는 초기에 잡을수록 인명과 재산 피해를 줄일 수 있기 때문이에요. 그래서 화재가 발생하면 비상벨이나 큰 소리로 주변 사람들에게 알리고, 소화기나 물, 모래, 담요 등으로 불타고 있는 물질의 온도를 낮추고 산소를 차단하여 연소의 조건을 서둘러 제거해야 해요. 하지만 화재가 이미 커져 소화를 감당할 수 없으면 화재 장소에서 빨리 몸을 피해야 해요. 그때는 승강기는 사용하면 안 되어요. 전기 장치에 문제가 생기면 그곳에 갇힐 수 있기 때문이에요. 그리고 유독 가스를 마실 수도 있으니 물수건으로 코를 막고 몸을 낮추어 계단을 이용해 안전한 바깥으로 빠르게 몸을 피해야 해요. 그러는 동안에 약간의 여유가 있으면 서둘러 119에 화재 신고를 해야 해요.

 

오늘날 우리가 교통수단으로, 가정용으로, 산업용으로 가장 많이 사용하는 탈 물질은 ‘화석 연료’예요. 화석 연료는 아주 옛날에 살았던 식물이나 동물이 땅속에 묻힌 채 수억 년에 걸쳐 열과 압력을 받아 그 성질이 변해 화석처럼 굳어진 물질이에요. 그 대표적인 종류는 석유, 석탄, 천연 가스예요. 이 화석 연료들은 한번 쓰면 재생되지 않아요. 그 양도 한정되어 있어서 훗날에는 더 이상 사용할 수 없게 될 거예요. 또한 심각한 문제는 화석 연료를 태울 때마다 이산화 탄소가 배출되어 지구의 온도를 높여 생태계에 여러 나쁜 일을 일으킨다는 것이에요. 이미 지구의 평균 온도는 지난 100년 동안 1도 가까이 올라간 상태예요. 1도의 차이가 별것 아닌 것 같아도 이 수치는 이전 1만 년 동안의 기온 상승과 맞먹는대요. 지금처럼 화석 연료를 계속 사용하면 100년 후에는 지구의 평균 기온이 6도나 더 올라가게 될 거라는 연구 결과도 있어요. 그러니 남아 있는 화석 연료를 아껴 써야 할뿐더러 그것을 대체할 수 있는, 안전하고 해롭지 않은 새로운 연료를 서둘러 개발해야겠어요. 그 성공의 열쇠는 바로 ‘과학’이 가지고 있어요. 

 

 

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