과학 이야기

하루 3분 과학 · 16화 · 초등 저학년~중학년 · 4분

우유에 세제를 콕 찍으면 왜 색깔이 폭죽처럼 퍼질까

우유를 넓적한 접시에 부어요. 빨강·노랑·파랑 식용 색소를 몇 방울씩 점점이 떨어뜨려요. 그런 다음 주방세제를 살짝 묻힌 면봉 끝을 우유 한가운데 톡 대 보세요. 준비물은 이 셋이 전부예요.

색소들이 폭죽 터지듯 사방으로 확 퍼져요. 소용돌이무늬가 저절로 그려져요. 면봉을 살짝 댔을 뿐인데 우유 전체가 몇 초 동안 춤을 추듯 요동쳐요.

색소가 유독 화려하게 움직이는 까닭이 있어요. 우유 속 지방 알갱이가 표면에 고르지 않게 떠 있기 때문이에요. 세제가 지방을 밀어낼 때마다 색소도 함께 끌려다녀요.

우유 표면은 물 분자들이 서로 잡아당겨 팽팽하게 당겨진 얇은 막과 같아요. 이 힘을 표면장력이라고 불러요. 표면장력 덕분에 물 위에서는 작은 소금쟁이도 가라앉지 않고 떠 있을 수 있어요.

세제가 우유에 닿는 순간 이 막이 순식간에 깨져요. 그러면서 색소를 사방으로 밀어내요. 세제 분자는 특이한 모양이에요. 한쪽 끝은 물을 좋아하고, 다른 쪽 끝은 기름을 좋아해요.

이런 모양 때문에 세제는 우유 속 지방을 만나자마자 서로 자리를 다퉈요. 그 다툼이 표면 전체를 마구 휘저어요. 이 다툼은 눈에 안 보일 만큼 작은 분자 세계에서 일어나요.

하지만 그 힘이 모이면 접시 전체의 무늬를 바꿀 만큼 커져요. 같은 실험을 저지방 우유로 하면 무늬가 더 흐릿하게 나타나요. 지방이 적을수록 세제가 다툴 상대도 줄어들기 때문이에요.

면봉에 세제를 너무 많이 묻히면 오히려 금방 잠잠해져요. 아주 살짝만 묻혀야 무늬가 오래 살아 움직여요.

소동은 보통 10초 안에 가라앉아요. 표면장력이 다시 균형을 찾기 때문이에요. 색소를 몇 방울 더 떨어뜨리면 소동을 또 만들 수 있어요.

같은 실험을 맹물에다 하면 색소는 얌전히 퍼질 뿐이에요. 소용돌이는 생기지 않아요. 지방이 없는 맹물에는 세제가 밀어낼 상대가 아예 없기 때문이에요.

설거지를 할 때 기름 묻은 그릇이 매끈해지는 것도 같은 원리예요. 세제가 그릇 표면의 기름막을 깨뜨려 물에 씻겨 나가게 만들어요.

손 피부에도 늘 얇은 기름때가 있어요. 맹물로만 헹구면 이 기름때가 잘 안 벗겨져요. 세균과 먼지가 그 기름때에 붙어 있어요. 세제 성분이 든 비누로 문질러야 함께 씻겨 나가요.

바다에 기름이 쏟아지는 사고가 났을 때도 비슷한 물질을 뿌려요. 기름을 잘게 흩어 놓아 물과 잘 섞이게 만들어요. 우유 접시 위에서 벌어진 소동과 원리가 똑같아요.

그럼 우유 대신 콜라나 오렌지 주스에 세제를 떨어뜨리면 어떤 무늬가 생길까요?