물이란 무엇인가? … [3] 물의 종류

우면산 약수터

 

(1) 화학구조상의 분류

화학구조상으로 볼 때 물의 종류는 놀랍게도 18종이나 된다. 보통 물의 분자식은 수소원자(H) 2개와 산소원자(0) 1개의 결합을 표시하는 H2O인데, 수소원소와 산소원소는 각각 독자가 아니라 세 쌍동이, 다시 말해서 3종의 동위원소로 되어 있다.

( 'H2O' 2가 작은 첨자로 입력했는데 이곳에서는 표시가 안됩니다. 학습한 후 수정하겠사오니 양해 바랍니다. 이후 모두~)

 

※ 동위원소:

지구상에서 천연적으로 발견되는 원소들은 가장 가벼운 수소(H)에서부터 가장 무거운 우라늄(U)까지 모두 92종이 있는데, 그 어느 원소에 속하는 원자나 고유한 ‘원자번호’와 체중이라고 할 수 있는 ‘원자량’이 있다. 예컨대, 수소의 원자번호는 1이고 원자량은 1.00797이고, 산소의 원자번호는 8이고 원자량은 16이며, 우라늄의 원자번호는 92이고 원자량은 238.03이다.

원자 = 원자핵(양성자+ 중성자) + 전자

원자번호는 원자핵을 구성하는 양전기를 띤 양성자의 수효와 일치하는데, 양성자의 수효가 같은 원자번호가 같은 원소일지라도 양성자와 중량이 같은 중성자의 수효에 따라 원자량이 다를 경우가 있다. 이와 같이 원자번호는 같으나 원자량이 다른 원소를 동위원소(同位元素)라고 한다.

 

원자번호 1인 수소는 양성자 1개만으로 이루어지는 것이 보통이나, 양성자 1개와 중성자 1개로 또는 양성자 1개와 중성자 2개로 될 수도 있다. 따라서 수소원소에는 원자량이 각각 1, 2, 3인 보통수소(Hydrogen : 기호 H), 중수소(Deuterium : 기호 D), 3중수소(Tritium : 기호 T)의 3종의 동위원소 곧 ‘세 쌍둥이’가 있다.

한편, 원자번호 8인 산소도 원자량이 16(양성자 8개와 중성자 8개), 17(양성자 8개와 중성자 9개), 18(양성자 8개와 중성자 10개)의 동위원소가 있다. 물은 2개의 수소원자와 1개의 산소원자로 이루어지므로 이 3개의 원자들이 짝짓는 만큼의 종류가 있게 마련이다. 먼저 2개의 수소원자, 곧 H2O 중 H2는 3종의 수소 동위원소들인 보통수소(H) • 중수소(D) 및 3중수소(T)가 둘씩 짝을 짓는데, 그 방법에는 6가지(HH·HD·HT·DD·DT·TT)가 있다. 그 하나하나의 쌍은 3종의 산소 동위원소와 3가지 결합 방법이 있으므로 모두 18종의 결합 방법, 즉 물은 18종이 있다는 얘기가 된다.

이 중에서 중수(D2O)는 보통물보다 원자량이 크고, 녹는 온도·어는 온도가 약간씩 다른데, 특히 원자로 안에서 우라늄의 연쇄반응을 일으키는 중성자의 속도를 감속하고 조절하는 매우 값진 물질이다. 또 3중수소는 중수와 함께 수소폭탄을 폭발하거나 태양 내부에서 핵융합을 할 때 반드시 필요한 물질이다.

 

(2) 성질상의 분류

물은 맛과 용도에 따라 숱한 이름이 있다. 우리가 마시는 식수(食水), 공장에서 쏟아져 나오는 폐수(廢水), 탄산가스를 함유한 소다수, 이슬을 받아 만든 감로수(甘露水), 바위 속에서 나오는 광천수(鑛泉水), 산에서 나는 약수(藥水) 등등 수없이 많다.

그런데, 모든 물이 같지는 않다. 이 중에서 어떤 물은 생명유지에 필수적인 매우 중요한 역할을 수행하며 건강을 유지시켜 주는 반면, 어떤 물은 동맥을 경화시키고, 당뇨병·비만증·담석증·관절염·뇌졸중 등 각종 질병의 원인이 되기도 한다. 후자는 신체 내로 이물질을 들여오는 오염된 물이며, 전자는 신체 내에 축적되어 있는 이물질을 신체 밖으로 배출시키는 순수하고 깨끗한 물이다.

여기서는 물이 인체에 미치는 영향을 염두에 두어 다음과 같이 자연수(自然)와 정수수(淨水水)로 대별한 다음 9가지로 나누어서 살펴보기로 하겠다.

 

가) 자연수(自然水)

㉠ 눈이 녹은 물(雪水)

옛날에는 하늘에서 떨어지는 탐스러운 눈을 입을 벌리고 받아먹기도 했고 쌓여있는 눈을 녹여서 식수로 쓰기도 하였다. 그런데, 자동차에서 뿜어내는 매연, 공장 굴뚝에서 꾸역꾸역 쏟아지는 연기, 강대국들의 원자폭탄 및 수소 폭탄의 실험에 의한 낙진, 중국 대륙의 거대한 먼지인 황사 등으로 이미 대기의 오염도는 위험수위를 넘어섰다.

눈은 하얗고 깨끗하게 보이나, 눈이 지상으로 내리는 과정에서 strontium 90과 같은 중금속과 낙진·화학성분·무기미네랄 등을 포함하게 된다. 눈을 깨끗한 그릇에 받아 녹여보면 무수한 찌꺼기가 밑에 가라앉아 있음을 볼 수 있다.

 

㉡ 빗물(雨水)

빗물은 구름에서 생긴다. 첫번째 방울은 증류수이지만, 빗물도 눈과 같이 지상으로 떨어지는 과정에서 연기·먼지·박테리아·화학성분· 무기미네랄 · 낙진 등으로 가득한 대기를 통과하므로 빗물도 이러한 물질로 오염되어 산성비가 되어 내린다. 물이 대기를 청소하는 역할을 하는 것이다.

 

㉢ 경수(硬水)

경수는 석회염·칼슘·마그네슘·철·구리·주석·질산염·염화염·실리콘·나트륨·박테리아·바이러스·화학성분과 다른 많은 유해한 무기물과 화학물질이 포함된 물이다. 우리가 마시는 대중 식수나 우물물 그리고 병에 담긴 물의 대부분이 경수이다.

 

㉣ 연수(軟水)

연수는 저수지·호수·강에서 취수하는 물을 말하는데, 단지 경수에 비해 연화되었을 뿐이다.

 

※경도(Hardness) : 경도는 물의 세기를 나타내는 지수(指數)로 금속2가(Ca++, Mg++, Sr++, Fe++, Mn++ 등) 양이온 농도(mg/ℓ)값을 탄산칼슘(CaCO3)으로 환산하여 mg/ℓ로 나타낸 것을 말한다. 즉, 경도(mg/ℓ, CaCO3)는 2가 금속양이온의 밀리당량×50이다. 이 경도에 따라 물을 구분하면 0~75mg/ℓ를 단물(연수)이라 하고, 76~150mg/ℓ의 범위를 약한 경수라고 부르며, 150mg/ℓ 이상을 경수(센물)라 부른다.

 

㉤ 광천수(鑛泉水)

광천수는 치료효과가 있는 것으로 알려진 광천으로부터 나온 물이다. 광천수가 치료효과가 있는 것으로 알려진 이유는 신체 내에서 이물질을 밀고 들어와 초과 무기미네랄을 배출하기 때문이다.

 

나) 정수수(淨水水)

㉠ 여과수(濾過水)

여과수는 일반 정수기의 필터를 통해 나온 물이다. 여과에 의해 일부 고형물이 부분적으로 제거되는 것은 사실일지 모르나, 미세한 중금속이나 화학물질·박테리아·바이러스를 제거하지는 못한다. 왜냐하면 필터 구멍이 훨씬 더 크기 때문이다. 더욱이 필터 바닥에는 찌꺼기가 모이게 되어 박테리아의 온상이 될 수 있으며, 필터를 며칠 동안만 사용하게 되면 역류현상에 의하여 여과 전의 물보다 필터를 통해 나오는 물이 오히려 더욱 많은 병원균을 포함할 수 있다. 박테리아는 필터 바닥에 쌓인 폐기물에 의해 수백 배로 증식하여 여과수에 의해 씻겨 나 올 수 있다.

 

㉡ 증류수(蒸溜水)

증류수는 물의 증발에 의한 수증기가 모여서 생긴 물이다. 포도당이나 주사액과 같은 순수한 물을 필요로 하는 데 쓰인다. 증류에 의해 일반세균과 고형물질 등은 없앨 수 있으나, 클로로포름이나 기타 유기화학물질 등의 일부 성분은 물보다 비등점이 낮으므로 물과 같이 기화되어 다시 증류수에 포함될 수 있다.

 

㉢ 이온수(ion水)

이온수란 전해이온수제조기를 사용하여 물을 전기분해했을 때 물 속에 들어 있는 이온화된 무기물이 양극과 음극쪽으로 분리된 물을 말한다. 물의 전기분해로 음극쪽에는 +이온군이 집합되어 알칼리성 이온수가 되고, 양극쪽에는 -이온군이 집합되어 산성수가 된다.

알칼리이온수는 음료수로 사용되고 산성수는 외용수로 사용된다.

 

㉣ 역삼투압수(逆滲透壓水)

역삼투압수는 식물유액의 유입 과정, 인간 세포조직의 영양분과 노폐물의 수송 과정인 삼투현상을 모방 응용하여, 물속에 용해된 물질을 반투성막인 멤브레인(membrane)을 통해 분리·제거하는 역삼투압방식 정수기를 이용한 순수하고 깨끗한 물이다. 멤브레인도 일종의 필터이지만 그 조직이 치밀하여 물이 분자상태로 되어야 그 막을 통과할 수 있기 때문에 중금속은 물론 미세한 바이러스까지도 거의 완벽하게 걸러준다.

 

☞ 다음 글에서 계속해서 [4] 물의 특성 등을 연재할 계획입니다. ✍