실험 DIY

물과 기름을 섞어보면 왜 분리될까? (밀도 실험)

EverydayScience101 2025. 3. 17. 19:17

 

 

우리는 요리를 할 때 식용유와 물이 섞이지 않는 모습을 자주 보게 됩니다. 아무리 흔들고 저어도 기름이 물 위로 떠오르는 현상을 경험한 적이 있을 겁니다. 마치 서로 밀어내듯이 완전히 섞이지 않는 이유는 무엇일까요?

이번 글에서는 물과 기름이 섞이지 않는 과학적 원리와 직접 해볼 수 있는 밀도 실험을 통해 그 원리를 탐구해 보겠습니다.

📌 물과 기름이 섞이지 않는 이유

1️⃣ 밀도의 차이: 기름이 물보다 가볍다

물과 기름이 분리되는 첫 번째 이유는 밀도(Density)의 차이 때문입니다. 밀도란 물질이 얼마나 촘촘하게 모여 있는지를 나타내는 값으로, 일반적으로 같은 부피에서 더 무거운 물질이 밀도가 높은 것입니다.

  • 물의 밀도: 약 1.0 g/cm³
  • 기름의 밀도: 약 0.8~0.9 g/cm³ (종류에 따라 다름)

기름의 밀도가 물보다 낮기 때문에, 기름이 물 위로 뜨게 됩니다. 이는 마치 나무 조각이 물에 뜨는 것과 같은 원리입니다.

📌 재미있는 사실!

  • 물보다 밀도가 높은 물질(예: 꿀, 시럽)은 물아래로 가라앉습니다.
  • 물보다 밀도가 낮은 물질(예: 기름, 나무, 플라스틱)은 물 위로 뜹니다.

2️⃣ 분자의 극성과 비극성: 물과 기름은 성질이 다르다

두 번째 이유는 물과 기름의 분자적 성질 차이에 있습니다. 물과 기름이 섞이지 않는 것은 단순히 밀도 때문만이 아니라, 화학적 성질 이 다르기 때문입니다.

  • 물(H₂O) → 극성 분자 (Polar Molecule)
    • 물 분자는 수소결합(Hydrogen Bonding)을 통해 서로 강하게 끌어당깁니다.
    • 극성 분자는 같은 극성을 가진 분자들과 잘 섞이는 특징이 있습니다.
  • 기름(탄화수소 계열) → 비극성 분자 (Non-Polar Molecule)
    • 기름은 탄소(C)와 수소(H)로 이루어진 비극성 분자입니다.
    • 물과 다르게 수소결합을 형성하지 않으며, 극성 분자와 잘 섞이지 않습니다.

💡 “Like dissolves like” (유사한 성질끼리 섞인다)
👉 극성 물질(물)은 극성 물질과, 비극성 물질(기름)은 비극성 물질과 잘 섞입니다.
👉 물과 기름은 성질이 다르므로 섞이지 않고 분리됩니다.

📌 비슷한 예시

  • 설탕(극성 물질)은 물에 쉽게 녹지만, 기름에는 녹지 않습니다.
  • 플라스틱(비극성 물질)은 물에 녹지 않지만, 기름에 녹을 수 있습니다.

📌 직접 해보는 밀도 실험 (물과 기름의 분리 관찰하기)

🔬 실험 준비물

✔ 투명한 유리컵 또는 플라스틱 컵
✔ 물
✔ 식용유 또는 베이비 오일
✔ 식용 색소 (옵션)
✔ 스푼 또는 막대

🔍 실험 방법

1️⃣ 컵에 물을 먼저 붓습니다.
2️⃣ 물 위에 기름(식용유나 베이비 오일) 을 천천히 부어줍니다.
3️⃣ 기름과 물이 어떻게 분리되는지 관찰합니다.
4️⃣ 스푼으로 저어 보면서 두 액체가 섞이는지 확인합니다.
5️⃣ (옵션) 물에 식용 색소를 넣어 더 선명하게 비교할 수도 있습니다.

📌 추가 실험 아이디어

  • 물과 기름 사이에 다른 액체(예: 꿀, 알코올, 주스)를 추가하여 밀도 차이를 비교해 보세요.
  • 탄산음료와 기름을 섞어보면 어떻게 되는지 실험해 보세요!

📌 물과 기름이 섞이게 할 수 있을까?

그렇다면 물과 기름을 인위적으로 섞을 방법은 없을까요? 유화제(Emulsifier)를 사용하면 가능합니다!

✅ 유화제(Emulsifier)란?

  • 유화제는 극성(물과 친한 부분)과 비극성(기름과 친한 부분)을 동시에 가진 분자입니다.
  • 유화제는 물과 기름을 한데 모아 섞이도록 도와줍니다.

✅ 대표적인 유화제 예시

  • 계란 노른자 (마요네즈 제조에 사용)
  • 비누 (기름때 제거 원리)
  • 레시틴 (초콜릿과 우유가 섞이는 원리)

➡ 비누 거품이 기름때를 물과 함께 씻어내는 이유도 같은 원리입니다!

📌 추가 실험

  • 계란 노른자를 물과 기름에 넣고 섞어보세요! 기름과 물이 섞이는 변화를 관찰할 수 있습니다.

📌 응용 사례: 물과 기름의 원리를 활용한 생활 속 기술

1️⃣ 샐러드 드레싱 만들기

드레싱(예: 올리브오일과 식초)은 시간이 지나면 기름과 식초가 분리됩니다. 하지만 유화제(예: 겨자, 계란 노른자)를 넣으면 오랫동안 섞여 있도록 도와줍니다.

2️⃣ 화장품과 로션

크림과 로션은 기름과 물을 섞어 만든 제품입니다. 이때 유화제를 사용해 피부에 잘 흡수되도록 만듭니다.

3️⃣ 자동차 엔진 오일과 윤활유

엔진 내부의 부품이 마찰로 인해 손상되지 않도록 기름을 사용합니다. 물이 섞이면 부품이 손상될 수 있기 때문에, 오일과 물을 분리하는 기술이 중요합니다.

📌 결론: 물과 기름이 섞이지 않는 이유

✔ 밀도의 차이 때문에 기름이 물보다 가벼워 위로 뜹니다.
✔ 극성과 비극성의 차이로 인해 물과 기름은 서로 섞이지 않습니다.
✔ 유화제(Emulsifier)를 사용하면 기름과 물을 인위적으로 섞을 수 있습니다.
✔ 일상생활에서 물과 기름의 원리를 활용한 다양한 제품 이 사용됩니다.

이제 물과 기름이 왜 섞이지 않는지, 그리고 어떻게 하면 섞일 수 있는지를 알게 되었죠?
집에서 간단한 실험을 통해 직접 확인해 보세요! 😊💡