표면장력으로 방과후 영재 수업을 준비하면서도 표면장력의 개념을 이해하기가 쉽지 않더군요.
그러다가 이해하기 쉽게 쓴 기사를 보아서 같이 공유하고자 올립니다.
관련된 실험자료는 게시판에서 표면장력으로 검색하시면 박응식선생님이 올리신 자료가 나옵니다.
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물과 같은 액체 분자들은 서로 잡아당기는 경향을 가지고 있다. 액체 내부에서는 그런 인력이 분자들을 서로 안정화시켜 주는 역할을 한다. 그러나 액체의 표면에서는 사정이 달라진다. 표면에 노출된 분자를 안정화시켜 줄 수 있는 다른 액체 분자가 존재하지 않기 때문이다. 외부의 거친 환경에 의한 온갖 풍파(風波)를 견뎌내는 일도 쉽지 않다. 액체 분자가 그런 표면을 싫어하는 것은 당연하다.

결국 액체는 표면적이 최소가 돼서 표면에 노출된 분자의 수가 최대한 줄어드는 상태로 존재하게 된다. 풀잎에 맺힌 아침 이슬이 둥근 공 모양인 것이 바로 그 결과다. 흔히 짐작하는 것과 달리 물방울이 풀잎 전체에 펴져 있을 때보다 둥근 공 모양일 경우에 불안정한 표면에 노출되는 물 분자의 수가 훨씬 더 적다. 같은 부피를 가진 여러 모양의 입체 중에서 공의 표면적이 가장 작기 때문이다.

표면장력(表面張力)은 액체 분자들이 표면에 노출되는 것을 좋아하지 않아서 나타나는 물리 현상이다. 액체의 표면적을 증가시키려면 분자들에게 불안정한 표면에 노출될 수 있도록 에너지를 제공해줘야 한다. 외부에서 표면장력에 해당하는 만큼의 힘을 가해줘야 한다는 뜻이다. 분자들이 서로 끈적끈적하게 잡아당기는 힘이 클수록 표면장력이 커진다.

구부러진 분자 구조를 가진 물은 양자역학적인 이유 때문에 분자들 사이에 매우 강한 인력이 작용한다. 물이 표면장력이 유난히 크고, 상온에서 액체로 존재하고, 쉽게 가열하거나 식히기 어려운 것이 모두 그런 이유 때문이다. 사실 지구상에 생명이 번성하게 된 것도 물의 구부러진 분자 구조 덕분이라고 해도 크게 틀리지 않는다.

물에서 거품이 생기지 않는 것도 표면장력이 크기 때문이다. 거품이 생기려면 많은 수의 물 분자가 표면에 노출되어야 한다. 거품을 만들려면 액체 분자들 사이의 인력을 약화시켜서 표면장력을 줄여주는 비누나 합성세제와 같은 계면활성제를 넣어줘야 한다.

한편 표면에 불안정하게 노출된 액체 분자가 다른 고체 표면을 잡아당기기도 한다. 물 표면에 떠 있는 유리판이나 철사 고리를 떼어내기 어려운 것도 그런 인력 때문이다. 표면장력이 클수록 그런 인력도 커지겠지만 액체와 고체 사이의 인력은 표면장력과는 다른 것이다.


액체와 고체 사이에 작용하는 인력이 가는 관에 들어있는 액체 표면의 모양을 독특하게 변형시킨다. 수은처럼 유리벽에 작용하는 인력이 수은 사이의 인력보다 더 작으면 표면이 위로 볼록하게 된다. 반대로 물의 경우에는 물과 유리 사이의 인력이 물 분자들 사이의 인력보다 더 크기 때문에 표면이 아래로 오목해진다. 그런데 유리관의 끝까지 물을 채우면 물의 강한 표면장력 때문에 표면은 다시 위로 볼록해진다.


원문:http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2010042202011357650001