젖은 손에 있는 이온, 감전을 부른다

작성일 08-16

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 전기 감전 이미지. 게티이미지뱅크 제공
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 손을 씻거나 샤워를 하고 젖은 손으로 전자기기를 만지면 감전될 위험이 높아집니다. 감전은 몸에 전류가 흘러 충격을 받는 것입니다. 감전이 일어나려면 전기의 위치 에너지 차이인 전위차와 전류가 흐를 수 있는 닫힌 회로가 필요합니다.
 전하를 띤 입자인 전자나 이온이 전기장을 따라 이동하면 전류가 생깁니다. 물이나 땀에는 이온이 들어 있어 우리 손이 전류가 흐르기 쉬운 환경이 되도록 도와줍니다.
 그런데 순수한 물은 전기가 거의 통하지 않습니다. 수소(H) 원자 2개와 산소(O) 원자 1개가 결합해 만든 물 분자(H₂O)로만 구성돼 있기 때문입니다. 수소와 헬륨(He)을 제외한 원자는 가장 바깥 궤도의 전자가 8개일 때 가장 안정합니다. 
 가장 바깥 궤도에 전자가 6개인 산소 원자는 두 수소 원자로부터 전자 1개씩을 받아와서 안정됩니다. 이렇게 원자들이 서로 전자쌍을 나눠 가지며 결합하는 것이 공유 결합입니다. 
 반면 수돗물이나 땀에는 염화나트륨(NaCl) 같은 이온 결합 물질과 칼륨 이온(K⁺) 등이 들어 있습니다. 염화나트륨은 물에 녹아 나트륨 이온(Na⁺)과 염화이온(Cl⁻)으로 존재합니다. 이온 결합 물질은 전자를 잃은 양이온과 전자를 얻은 음이온이 서로 끌어당기는 정전기적 인력으로 결합된 것입니다. 
 나트륨 원자는 가장 바깥 궤도의 전자 1개를 염소 원자에 주어 양이온이 됩니다. 염소 원자는 가장 바깥 궤도에 전자 8개를 채워서 음이온인 염화이온이 됩니다. 
 이온 결합 물질이 녹은 물은 전기가 잘 통하는데 이온들이 자유롭게 움직이다가 전기장을 따라 일정한 방향으로 이동하기 때문입니다.
 젖은 손으로 전자기기를 만지면 전자기기와 몸 사이의 전위차로 인해 전기장이 작용합니다. 손에 묻은 물 속 음이온은 전기장의 +극 방향, 양이온은 -극 방향으로 이동합니다. 물과 손 사이의 전위차에 의해 손에 묻은 이온뿐만 아니라 체액 속 이온들도 함께 움직이게 됩니다. 
 우리가 사용하는 교류 전기는 +극과 -극이 초당 수십 번 바뀌기 때문에 이온들은 방향을 바꾸며 앞뒤로 움직입니다. 이렇게 해서 몸에 전류가 흐르면 감전이 됩니다.
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 근육재생. 게티이미지뱅크 제공
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 ● 근육 재생, 이온이 돕는다
 근육이 손상되면 근육 조직에서 활성산소가 생겨납니다. 활성산소는 세균이나 손상된 세포를 없애는 데 도움을 주지만 너무 많으면 근육 재생을 방해하고 염증을 유발하기도 합니다. 7월 1일 국립한국교통대 등 공동 연구팀은 활성산소를 효과적으로 없애고 근육 재생을 돕는 하이드로겔을 개발했다고 밝혔습니다.
 하이드로겔은 그물처럼 얽힌 고분자 사이에 물이 들어 있는 젤리 같은 물질입니다. 수분이 많은 피부나 근육 등에 잘 달라붙어서 약물 등을 넣어 치료제로 활용하기도 합니다.
 연구팀이 개발한 하이드로겔에는 망가니즈(Mn)와 산소(O)가 결합하여 만든 이산화망가니즈(MnO₂) 입자가 들어 있습니다. 
 이 하이드로겔을 손상된 근육에 주사로 넣으면 이산화망가니즈 속의 망가니즈 원자가 근육 속의 활성산소와 만나면서 망가니즈 이온(Mn²⁺)이 만들어집니다. 이 과정에서 활성산소는 물(H₂O)과 산소(O₂)로 분해되어 사라집니다.
 이렇게 만들어진 망가니즈 이온은 +전하를 가진 양이온입니다. 이 이온은 하이드로겔의 고분자 속에 있는 이온들과 이온 결합을 하게 됩니다. 이온 결합을 할 때 +전하를 띤 양이온과 -전하를 띤 음이온은 서로 반대 전하가 끌어당기는 정전기적인 힘에 의해 결합합니다.
 하이드로겔의 고분자 속에는 하이드록실기(-OH) 등 음전하를 띤 이온들이 있어서 망가니즈 이온과 전기적인 결합을 하게 되지요.
 기존의 하이드로겔은 젤 상태가 잘 유지되지 않는다는 단점이 있었어요. 연구팀이 개발한 하이드로겔에서는 망가니즈 이온과 고분자가 이온 결합으로 연결되면서 하이드로겔의 젤 상태를 오래 유지시켜 줍니다. 따라서 안정적으로 근육 재생을 도울 수 있습니다.
 연구팀은 실험용 쥐의 손상된 근육에 하이드로겔을 주입한 뒤 5일 후 근육이 재생된 정도를 관찰했습니다. 그 결과 연구팀이 개발한 하이드로겔을 주입한 쥐는 아무것도 주입하지 않은 쥐보다 근섬유의 면적이 더 크고 고르게 재생된 것을 확인했습니다. 
 연구팀은 “앞으로 이 하이드로겔은 근육 재생에 사용할 수 있는 좋은 생체 재료가 될 것”이라고 전했습니다.
 ※관련기사  어린이과학동아 8월 15일, 편집부와 미리보는 통합과학 젖은 손에 있는 이온, 감전을 부른다
 [박수진 기자 sooz@donga.com]
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