물은 왜 4도에서 가장 무거울까…국내 연구진 10년 만에 풀었다 작성일 03-27 38 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">김경환 포항공대 교수팀, 액체-액체 임계점 관측 결과 '사이언스' 발표<br>포항가속기로 영하 45도 이하 물 관측…"물의 필수적 역할 연구 출발점"</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="9KstOLIk1a"> <p contents-hash="dc7333b041e5630a743e57516369d9133688a3c5cb9387ab38155c5d5534dc93" dmcf-pid="29OFIoCEZg" dmcf-ptype="general">(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 물이 다른 액체와 달리 섭씨 4도에서 가장 무거워지는 이유를 국내 연구진이 10년여에 걸친 연구 끝에 밝혀냈다.</p> <p contents-hash="65a52b4b3ba2487568474ae9cab9a9042967d7e0b90b583e4607c059d68d1958" dmcf-pid="VOVafF4qto" dmcf-ptype="general">100만분의 1초만 존재하는 극미량의 과냉각 물을 관측해 물이 실제로는 저밀도 물과 고밀도 물이 섞여 있으며, 4도 아래에서 저밀도 물 비중이 높아진단 가설을 증명한 것이다.</p> <p contents-hash="61177335ee2a1487afdc40ff4282b1f0aa3789d7cb77e41b63055f3f3117a19e" dmcf-pid="fIfN438BZL" dmcf-ptype="general">과학기술정보통신부는 김경환 포항공대 교수 연구팀이 앤더스 닐슨 스웨덴 스톡홀름대 교수팀과 공동으로 물의 '액체-액체 임계점'을 세계 최초로 관측했다고 27일 밝혔다.</p> <p contents-hash="62cf5b3accc83bd496f0127ad4e4bd0761c533944e81e84ab6e4066cc50aab52" dmcf-pid="4C4j806bYn" dmcf-ptype="general">이번 연구는 세계 최고 권위 학술지인 '사이언스'에 이날 발표됐다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c3a35720af92a95210346d181daea61afaa79940085bb89ff49d414ce0dc38a7" dmcf-pid="8h8A6pPKZi" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/yonhap/20260327030130191dhhd.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="BIbnKZ9U5A" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/yonhap/20260327030130191dhhd.jpg" width="658"></p> </figure> <p contents-hash="825e95641eb0f41ce33d9252facba14618740667535f7a502f1d714aadb95539" dmcf-pid="6l6cPUQ9YJ" dmcf-ptype="general">물은 지구에 있어 가장 중요한 물질이자 인류가 가장 오래 연구해 온 대상이지만 여전히 가장 특이하고 이해하기 어려운 물질로 꼽힌다.</p> <p contents-hash="6c01e2bbdb57f53e098f8118dd999988b926407a5d513220f069a479a966fc8e" dmcf-pid="PSPkQux25d" dmcf-ptype="general">예를 들어 보통의 액체는 얼기 직전까지 온도가 낮아질수록 무거워지지만, 물은 4도에서 가장 무거워졌다 차가워지면 오히려 가벼워지는 현상이 대표적이다.</p> <p contents-hash="a8f9730ef49ca3bf2643fb7dfa4d850b5681531ce3423f5e4ab35ecdc38fd175" dmcf-pid="QvQEx7MVZe" dmcf-ptype="general">이 때문에 겨울에도 강이나 호수 표면만 얼고 아래쪽은 액체 상태 물이 남아 물속 생명을 유지해주게 되는데, 왜 이런 특성이 있는지는 과학계의 오랜 난제로 남아 있었다.</p> <p contents-hash="8d75d218bd18f9be315c264292b80b09585d367baa0ac3fcfbac6b4e12fc38f6" dmcf-pid="xTxDMzRfYR" dmcf-ptype="general">이를 설명하기 위해 약 30년 전 과학자들은 물이 고밀도 물과 저밀도 물이라는 두 종류의 액체상(相, 일정한 물리적 성질을 가지는 균일한 물질계)으로 공존한다는 가설을 제시했다.</p> <p contents-hash="e9c676ebff5b7243f5acb61a448bd8cbbaefe43d99842029978dc4236e706ea0" dmcf-pid="yQyqWEYCHM" dmcf-ptype="general">아주 낮은 온도에서는 두 종류의 물이 구분되지만, 특정 온도(임계점)에 도달하면 둘 사이 구분이 사라진 '초임계' 상태가 돼 일상에서는 둘이 섞인 상태로 존재한다는 것이다.</p> <p contents-hash="8c53c05a6b4089235dd11e4620269fad79dfa7eba75bcbf6d2a726186e8e942d" dmcf-pid="WxWBYDGhZx" dmcf-ptype="general">높은 온도에서는 고밀도 물, 낮은 온도에서는 저밀도 물로 더 많이 존재하고, 4도에서 급격히 저밀도 물의 비율이 늘어나면서 밀도가 다시 줄어드는 것으로 설명할 수 있다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="e7dadee13ecca06bc97e46bb5d8123bf6f37edb50426b434e14ccc266f3bc32c" dmcf-pid="YMYbGwHlGQ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="고밀도 물(위쪽)과 저밀도 물(아래쪽) [김경환 교수 제공. 재판매 및 DB 금지]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/yonhap/20260327030130425xmfy.jpg" data-org-width="542" dmcf-mid="bgRreBd8Gj" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/yonhap/20260327030130425xmfy.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 고밀도 물(위쪽)과 저밀도 물(아래쪽) [김경환 교수 제공. 재판매 및 DB 금지] </figcaption> </figure> <p contents-hash="bc9a05b638e5ddf01b0f6bb0b097fcf93f34c8acfcd3e68a039bb2038cbf73e7" dmcf-pid="GRGKHrXS5P" dmcf-ptype="general">두 액체상이 섞여 있음을 증명하려면 임계점의 존재를 확인하면 된다.</p> <p contents-hash="cad7be7bd4520a5ce21434dc2eccce952ac9b69fba1725d86d3bfcc97c05a845" dmcf-pid="HeH9XmZv16" dmcf-ptype="general">하지만 영하 40도에서 영하 70도 사이 극저온에 임계점이 있을 것으로 예측되면서, 극저온에서 매우 빠르게 어는 물을 관측할 길이 없어 이 가설을 놓고 수십 년간 논쟁이 이어져 왔다.</p> <p contents-hash="8eab21947a070971b1b2c04ab9627f0a193e103a8c55b2942a19fd321d225265" dmcf-pid="XdX2Zs5T18" dmcf-ptype="general">김 교수팀은 우선 진공에서 작은 물방울을 뿌려 물이 빠르게 증발하며 낮은 온도까지 도달하는 기법과, 얼음을 레이저로 가열해 순간적으로 영하 70도 물을 만드는 기법을 개발했다.</p> <p contents-hash="3455d6f7d0ce30adc2b60ef0117fd275da1dd518bfbe0fba67db39542bd94f71" dmcf-pid="ZJZV5O1yZ4" dmcf-ptype="general">이 방식은 100만분의 1초 만에 어는 10억분의 1g 물을 만들 수 있는데, 연구팀은 태양보다 수십억 배 밝은 빛을 내며 10조분의 1초 단위로 분자 움직임을 측정할 수 있는 포항가속기연구소의 4세대 가속기(X선 자유전자레이저, XFEL)를 활용해 이 찰나의 순간을 관측해냈다.</p> <p contents-hash="c89b5e02f141e492df3f2e8f0f859717dacfe55a86d3a42c9d6a4c575df0d25a" dmcf-pid="5OVafF4qGf" dmcf-ptype="general">2017년 4세대 가속기 가동 당시 첫 실험자로 선정돼 진행한 실험에서 김 교수팀은 영하 45도 이하 얼지 않은 물을 측정할 수 있음을 처음 밝혀내 사이언스에 발표했다.</p> <p contents-hash="fd8fcec187cb8bf0c242dc240a65ef23fda785e007d183495b1ca6aecbb2d6d5" dmcf-pid="1IfN438BZV" dmcf-ptype="general">이어 2020년에는 영하 70도에서 실제 물이 두 종류 액체상으로 존재하는 것을 확인해 다시 사이언스에 발표했다.</p> <p contents-hash="df0f5b782ff1a7c4dd0c82c815e177ae254ef77dd8003bd1e18a88b756381971" dmcf-pid="tC4j806bH2" dmcf-ptype="general">이후 6년간에 걸쳐 영하 50도에서 70도 사이를 뒤져 임계점이라는 단 하나의 점이 영하 60도 부근에 있다는 것을 처음으로 관측해낸 것이다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="21c79f01d0e994e682637f479fc90a65519a601b46e833a12f9ab89ca73f812e" dmcf-pid="Fh8A6pPKH9" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="저밀도 물과 고밀도 물 비율에 의해 4도시에서 가장 높아지는 물의 밀도 [김경환 교수 제공. 재판매 및 DB 금지]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/yonhap/20260327030130604ybwo.jpg" data-org-width="497" dmcf-mid="KFavN6jJ5N" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/27/yonhap/20260327030130604ybwo.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 저밀도 물과 고밀도 물 비율에 의해 4도시에서 가장 높아지는 물의 밀도 [김경환 교수 제공. 재판매 및 DB 금지] </figcaption> </figure> <p contents-hash="7435a17ff5d5e527607d225bd33f292988ac71f1dda3e4f267cc07564a3a1feb" dmcf-pid="3l6cPUQ9YK" dmcf-ptype="general">김 교수는 24일 세종 과기정통부에서 열린 브리핑에서 "영하 45도가 되면 기존에 가능했던 그 어떠한 측정 방법, 가능한 측정 방법보다도 더 빠르게 얼어붙기 때문에 이러한 연구는 실험적으로 접근이 불가능한 영역, '무인지대'로 불려 왔다"며 "불가능한 것으로 여겨졌던 측정에 10년간 뚝심 있게 도전해 왔고, 지금까지도 우리 연구팀에서만 이 영역을 측정할 수 있다"고 말했다.</p> <p contents-hash="76282b3e7b2d82e973b1643c0c32cdcd1735dc3f0d8423b63923dff0b2f5838b" dmcf-pid="0SPkQux2Zb" dmcf-ptype="general">이어 그는 "오차범위가 8도여서 새로운 실험으로 더 정확히 짚어내려 하고 있다"며 "밝혀낸 이론을 바탕으로 물의 이해에서 한 단계 나아간 실험을 많이 계획하고 있다"고 말했다.</p> <p contents-hash="af2e37f6857a2b866a14adbaa45a6dae3a020ac3dce799d9212351aa965b5a9b" dmcf-pid="pvQEx7MVGB" dmcf-ptype="general">이번 연구를 통해 물의 액체-액체 임계점을 둘러싼 학계 논쟁은 매듭지어지게 됐다.</p> <p contents-hash="9b3fa52b42e1596b8b6583a8049f6a548a702bbbc8bd361f428ad396b2de231b" dmcf-pid="UTxDMzRfZq" dmcf-ptype="general">김 교수는 "기초연구이기 때문에 당장 어떤 부가가치를 만드는 것은 아니지만, 물의 특성을 이해해 물이 어떻게 필수적 역할을 수행하는지를 연구하는 출발점이 될 것"이라며 "물의 특성을 이전보다도 훨씬 더 잘 이해할 수 있게 되었고, 이를 바탕으로 다른 수많은 연구의 정확도를 크게 향상할 수 있는 파급효과가 있을 것으로 기대한다"고 말했다.</p> <p contents-hash="4277290941151f3a2f457d4c437b81ed910c56eb09e0a80d1ad72076a6e4e022" dmcf-pid="uyMwRqe4Gz" dmcf-ptype="general">학부 때부터 연구에 참여해 이번 논문 1저자가 된 유선주 포항공대 석박사통합과정생은 "연구 과정에서 아무도 해내지 않은 일을 해낸다는 게 엄청나게 어렵다는 걸 느꼈다"며 "앞으로도 더 교과서에 실릴 만한 연구를 하고 싶다"고 말했다.</p> <p contents-hash="6fa7813b14a898a465016887cfcabd91746f16aef9380f654370ecd8710be8f2" dmcf-pid="7WRreBd8Y7" dmcf-ptype="general">shjo@yna.co.kr</p> <p contents-hash="a3778509cfab220628e6df793f795a7307e282c50d8aafa68a64a4eb92da4e76" dmcf-pid="qGdsJKiPYU" dmcf-ptype="general">▶제보는 카톡 okjebo</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 연합뉴스. 무단전재 -재배포, AI 학습 및 활용 금지</p> 관련자료 이전 차가울수록 왜 가벼워지지?…'물의 비밀' 韓 연구진이 풀었다 03-27 다음 챗봇은 손바닥 비비는 '아첨꾼'…악영향·부작용 많아 03-27 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
