클라인이라는 독일의 과학자가 있었어요. 이 사람은 원래 전기공학자였는데, 연구하던 중 우연히 새로운 현상을 발견하게 됩니다. 그것은 바로 물과 기름이 섞이지 않는다는 점이었어요. 이를 해결하기 위해 여러 가지 시도를 해보았지만 결국 실패했어요. 하지만 포기하지 않고 계속해서 연구하다가 마침내 두 액체 사이에 얇은 막을 형성하면 서로 섞이지 않는 성질을 이용하여 분리시킬 수 있다는 결론을 내리게 되었습니다. 그리고 이것을 응용하여 최초의 합성세제인 ‘비누’를 만들어내게 되었죠. 이후로도 수많은 발명품들을 개발하며 인류에게 큰 도움을 준 인물입니다.
원래 우리가 알고 있는 상식으로는 물과 기름은 절대 섞이지 않아요. 그러나 신기하게도 실험실에서는 이러한 원리를 이용하여 다양한 물질을 혼합시켜 원하는 결과물을 얻어낼 수 있답니다. 예를 들어 글리세린과 알코올을 섞어주면 고체 상태의 연고가 되고, 녹말과 아세트산을 섞어주면 젤리 형태의 용액이 만들어져요. 또한 설탕과 소금을 섞어서 반죽을 만들면 끈적끈적한 엿이 된답니다. 이렇게 자연계에서도 쉽게 찾아볼 수 있는 화학반응들이 많아요. 그렇다면 왜 물과 기름은 섞이지 않을까요?
사실 처음엔 다른 물질과도 반응을 시켜봤어요. 어떤 물질이든 상관없이 모두 다 결합시켰지만 결과는 마찬가지였죠. 그래서 최종적으로 물과 기름을 선택했는데, 놀랍게도 둘은 아주 찰떡궁합처럼 완벽하게 섞여버렸어요. 게다가 기존의 방법과는 다르게 전혀 냄새도 나지 않았죠. 이때까지만 해도 대부분의 사람들은 “그냥 우연이겠지”라고 생각했답니다. 왜냐하면 당시로서는 아무리 좋은 재료라도 일정 비율 이상 들어가면 오히려 역효과가 날 수 있다고 믿었기 때문이죠. 지금까지도 많은 학자들이 의문을 제기하고 있지만 아직 정확한 원인은 밝혀지지 않았어요.
이제 남은 일은 그냥 열심히 만드는 거였어요. 이미 만들어진 화합물을 가지고 무언가를 만들어야 했기 때문에 시간이 오래 걸릴 뿐이었죠. 그렇게 해서 탄생한 것이 바로 오늘날 가정에서 쓰는 세제랍니다. 물론 여전히 빨래나 설거지 등 일상생활에서 유용하게 쓰이고 있죠. 만약 이게 없었다면 어땠을까요? 아마 불편함을 감수하면서 살아야 했을지도 몰라요. 이렇듯 작은 아이디어 하나로 세상을 바꿀 수 있었던 사례였습니다.
클라인 병은 액체나 기체 등 유체가 한 곳에 모였다가 다시 퍼져나가는 현상을 이용한 과학 실험 장치 중 하나예요. 원통형 유리관 안에 물을 넣고 한쪽 끝을 막은 다음 다른 쪽 끝을 누르면 내부 압력이 높아져서 물이 관 밖으로 흘러넘치게 되는데요, 이를 통해서 안쪽 벽에 물방울이 맺히는 모습을 관찰할 수 있답니다. 이렇게 생긴 모양새 덕분에 '물방울'이라는 이름이 붙여졌어요.
준비물은 아주 간단해요. 페트병 2개, 가위, 테이프면 충분하답니다. 먼저 긴 페트병 위아래 부분을 잘라낸다음 반으로 접어주세요. 그리고 작은 페트병 입구 부분을 자른 뒤 연결해서 테이프로 고정시켜 주면 완성이랍니다. 참 쉽죠?
사실 클라인병은 18세기 독일의 물리학자 하인리히 클라인(Heinrich Klein)이 고안한 건데요, 당시로서는 획기적인 아이디어였어요. 왜냐고요? 유리병처럼 부피가 일정한 물체에서는 모든 방향으로 같은 양의 공기가 들어갈 수밖에 없는데, 만약 가운데 빈 공간이 있다면 어떤 일이 벌어질까요? 이때 생기는 문제는 표면장력이에요. 이것은 액체 분자 사이에 작용하는 인력으로서, 서로 끌어당기는 힘이 너무 강해서 아무리 많은 양의 물질을 넣어도 표면적이 줄어들지 않는답니다. 그래서 결국엔 가득 채울 수 없게 되죠. 반면에 바깥쪽 공기는 적은 양이라도 계속 유입되기 때문에 점점 늘어나게 되고, 결과적으로 위쪽으로는 올라가고 아래쪽으로는 내려가게 된답니다. 마치 폭포수처럼 말이죠. (폭포수 = 물의 흐름) 따라서 원래대로라면 중간에 멈춰야 하지만, 외부공기가 끊임없이 유입되면서 멈추지 않고 흘러내리게 됩니다. 이게 바로 클라인병의 원리랍니다. 당시 대부분의 가정용 진공청소기는 회전식 원심력을 이용했는데, 이때 생기는 엄청난 양의 열에너지가 문제였어요. 그래서 뜨거운 열기를 식히기 위해 많은 에너지를 소모해야 했죠. 반면 클라인의 진공청소기는 차가운 비눗물을 분사하기 때문에 적은 에너지만으로도 충분히 효과를 낼 수 있었어요. 이렇게 해서 탄생한 게 바로 오늘날 우리가 알고 있는 다이슨의 날개 없는 선풍기랍니다.
오늘은 노벨상 수상자인 클라인의 업적에 대해 알아보았습니다. 여러분에게도 유익한 정보였기를 바라며 다음시간에 만나요~