우리 삶에서 물(H2O)의 역활 김 영 상 박사 고려대학교 명예교수.

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1 우리 삶에서 물(H2O)의 역활 김 영 상 박사 고려대학교 명예교수

2 이학박사 김 영 상 1941년11월25일 화성군 정남면 음양리 417번지에서 출생 1948년 4월～1954년 3월 정림국민학교 졸업 1982년 2월 고려대학교 대학원 화학과 졸업 (이학박사) 1968년 3월-81년 9월 한국과학기술연구원 화학분석실 선임연구원 1981년 9월-2007년 2월 고려대학교 신소재화학과 교수 현 재      고려대학교 명예교수

3 산 토 끼 의 반대말은 ? IQ 30 = > 끼 토 산 IQ 60 = > 집토끼 IQ 80 = > 죽은 토끼
산토끼의 반대말은 ? 끼토산 = 30 집토끼 = 60 죽은 토끼 = 80 바다 토끼 = 100 판 토끼 = 150 알카리 토끼 = 200

4 물(水, water)이란 ? 생존에 필수 불가결한 화학물질. 액체, 고체(어름), 기체상태(수증기 또는 증기)
지구의 물 : 페타톤(Pt, 1021 kilograms) 지구 표면 71 % 물 97 % 바닷물, 2.4 % 빙하와 빙산, 0.4 % 강, 그 외 육지수. 생물체, 공업제품, 및 식품, 빙산, 빙하, 지하수, 호수 등. 증발발산, 강수응축, 흐름의 순환 → 바다 깨끗한 청정수 : 생명체에 필요한 요소 물의 위기, 2025년까지 세계 인구의 반 이상이 물로 인한 취약성에 직면임.

5 다양한 형태의 물 : 상태(state)에 따라서 해양 : 해수 및 드물게는 빙산 산악 : 빙하 및 강물 지하 : 대수층 액체
대기 : 수증기 및 안개 해양 : 해수 및 드물게는 빙산 산악 : 빙하 및 강물 지하 : 대수층 액체 상태(state)에 따라서 고체 – 어름(ice) 액체 – 물(water) 기체 – 수증기(water vapor) 눈송이(snowflakes) by Wilson Bentley, 1902

6 용도에 따라서 수돗물(tap water) 병에 넣은 물(bottled water)
마시는 물(drinking water) 또는 음료수 순수(purified water) 증류수(distilled water) 이중 증류수(double distilled water) 탈이온수(deionized water) 연수(soft water) 경수(hard water)

7 화학적 및 물리적 성질 화학식 H2O; 공유 결합

8 Information and properties
Water Information and properties Common name water IUPAC name oxidane Alternative names aqua, dihydrogen monoxide, hydrogen hydroxide, (more) Molecular formula H2O Molar mass g/mol Density and phase 1.00 g/cm3, liquid (4 °C) g/cm³ (liquid at 20 °C, 1 atm) g/cm³ (solid at 0 °C, 1 atm) Melting point 0 °C ( K) (32 °F) Boiling point °C ( K) ( °F) Specific heat capacity 4.184 J/(g·K) (liquid at 20 °C) J/ (mol·K) (liquid at 25 °C)

9 원형 모세관 파로 둘러 쌓인 상승 “리바운드” 젯트 - 모세관 작용 - 관형 식물 거미줄에 부착된 이슬 방울

10 분자간 수소결합 끓는점 해수면 100 °C 212 °F), Mt. Everest 꼭대기 68 ℃(154 ℉) 심층 수 : 수 백도 극성 분자 - 큰 전기 음성도의 산소에 인함 - 쌍극자 모멘트 - 표면장력 - 응집력 - 모세관 작용 - 관형 식물

11 범용성 용매 : 수소결합: 물 밀도 - 3.98 °C (39.16 °F)에서 최대 수소의 발생 : 친수성 물질
무기 이온성 물질, 세포 내 성분(단백질, DNA 및 폴리사카라이트) 소수성 물질(오일, 지방) 수소결합: 큰 비열용량 – kJ/mole 증발열 – 기후 조절 기능 이온성 물질 용매화 – 전기 전도도 증가 물 밀도  °C (39.16 °F)에서 최대 어름 9 % 부피 팽창 – 유기체 생존 가능 수소의 발생 : 전기분해 리튬, 나트륨, 칼슘, 칼륨 및 세슘(전기양성의) 등과의 반응 연료전지 수소 + 산소 = 물 + E

12 우주에서 은하계인 소우주 별 사이의 구름에서 검출 별 사이 구름이 태양 성운과 태양계에서 물로 응축 수증기의 존재는
물은 별 형성의 부산물로 생성 은하계인 소우주 별 사이의 구름에서 검출 별 사이 구름이 태양 성운과 태양계에서 물로 응축 수증기의 존재는 수성(Mercury) – 대기권 중 3.4 %, 수성의 외기권에는 많은 양의 물이 존재 금성(Venus) – 대기권 중 % 지구(Earth) – 대기권 중 흔적량(기후에 따라 변함) 화성(Mars) – 대기권 중 0.0 3% 목성(Jupiter) – 대기권 중 % 토성(Saturn) – 얼음으로 만 Enceladus (토성의 달) – 대기권 중 91 % HD b 및 HD b로 알려진 행성 외부

13 지구상 물 태양계의 거주 가능지역 : 액체 물, 기체 및 고체로 생명체의 생존 가능 지구 중력 대기 유지
태양으로부터 가깝거나 멀면(약 5 % 또는 8백만 킬로미터), 세가지 물의 존재가 불가능 지구 중력 대기 유지 온실효과 수증기와 이산화탄소 - 제공 온실 기체와 표면 또는 대기 알베도(albedo)의 결합에 의해 지구 온도 조절- Gaia 가설

14 지구 표면의 71 % 물 지구의 물(부피로) : 바다 물 : 지구 물의 97.2 % 남극 북극 빙판 : 청결수의 90 %
구름 : 응축한 대기 물 지구의 물(부피로) : 총 부피 : 1.36 x 109 km³ (3.26 x 109 mi³) 이 부피 중에서 해양에 x 109 km³ , 97.2 % 빙하, 얼음 캪, 및 빙판으로 2.5 x 107 km³, 1.8 % 지하수로 1.3 x 107 km³, 0.9 % 청정수로 x 105 km³, 0.02 % 수증기로 1.3 x 104 km³, %

15 물의 순환 수계에서 대기, 토양 수, 표면 수, 지하수, 및 식물체 간 연속적인 물의 교환
년간 약 36 Tt (1012 ton) 속도로 육상의 수증기가 바다로 이동 년간 71 Tt 속도로 육상에서 증발과 발산 년간 107 Tt 비, 눈, 및 우박, 안개와 이슬 공기 중 응축된 물은 햇빛을 반사시켜 무지개를 형성

16 생물체에 대한 효과 사막에서 오아시스는 식물들이 자라는 격리된 수원이다. 다양한 산호 암초의 일부
크리시 필드(Crissy fields)에서 빛을 반사하는 물

17 생명체의 증식 : 물에 의존, 유기화합물과 반응으로 용매로서 대사 공정(동화작용과 이화작용)에서 작용
동화작용 : 연료와 정보의 저장을 위해 녹말, 트리글리코시드 및 단백질 등의 큰 분자를 성장, 화학적 효소반응, 물의 제거 이화작용 : 에너지 소비, 연료의 생성을 위한 글루코스, 지방산 및 아미노산의 생성 결합을 끊는데 물이 사용 광합성과 호홉 : 중심 역할 광합성 세포는 물의 산소와 수소 분리를 위해 태양 에너지를 사용 수소는 CO2와 결합하여 글루코스를 형성, 산소 방출 세포 호홉 과정에서 물과 CO2를 다시 형성 산-염기 중화, 효소기능에서 중심 수소이온(H+, 즉 양성자) 주게는 산, 양성자 받게는 염기 pH(수소이온농도의 음의 대수 값) 7 : 중성, 7 이하 : 산, 7 이상 : 염기 위산(HCl) : 소화에 유용, 수산화알루미늄 등의 염기로 중화 인간 : pH 7.4정도의 생물학적 중성 Escherichia coli 세포 : 물 70 %를 포함, 인체 %, 식물체 90 %까지 포함, 어미 해파리 : %

18 수생물체의 형태 지구 물 : 생명체로 채워짐 최초 생명체는 물에서 탄생
약간의 해양 규조류 – 중요한 식물프랑크톤 족 지구 물 : 생명체로 채워짐 최초 생명체는 물에서 탄생 물고기(아가미), 돌핀과 고래 등(허파)의 해양 포유동물 양서류 생의 일부를 물, 일부는 육지에서 생존 켈프 및 해조류 식물은 물에서 성장 플랑크톤 해양 식품체인의 기본

19 인간문명에 대한 효과 문화는 강과 주요 수로 주변에서 번영 분수 메소포타미아 : 티그리스강과 유프라테스강 사이에 위치
이집트 : 나일강에 의존 주요도시(로텔담, 런던, 몬트리올, 파리, 뉴욕, 상하이, 도쿄, 시카고, 및 홍콩 등) : 물에 대한 쉬운 접근성 싱가포르 : 안전한 항구 북아프리카와 중동 : 깨끗한 음료수에 접근 곤란

20 건강과 오염 마시는 물 또는 음료수, 안전한 물 증류 또는 화학적(이온교환) 또는 가열 처리
물을 시료로 채취하는 환경과학자 마시는 물 또는 음료수, 안전한 물 증류 또는 화학적(이온교환) 또는 가열 처리 안전한 물 또는 “목욕에 안정한 물” 염소의 기준(규정) : 마시는 물 1 ppm, 목욕물 1-2 ppm. 10억 명 정도의 인구 : 건강하지 않은 물을 마심, 2025년까지 5억 명으로 감소예정, 년 5백만 명 정도가 오염된 물로 인해 사망. 개발도상 국가 폐수 90 %를 처리하지 않음. 세계 인구의 3분의 1정도(50여 국가) : 물로부터 스트레스를 받고 있음

21 인간의 사용 농업 농업에서 가장 중요한 이용은 관개시설 – 충분한 식품 생산 개발 국가 : 버려지는 물의 90 %까지 관개
들판 작물 용 관개시설 농업에서 가장 중요한 이용은 관개시설 – 충분한 식품 생산 개발 국가 : 버려지는 물의 90 %까지 관개

22 공업적인 응용 전력 발전 : 수력으로부터 얻는 전기, 비용이 싸고 깨끗하며 재생 가능 에너지 원천은 태양
가장 큰 수력 발전소인 Gorges Dam 전력 발전 : 수력으로부터 얻는 전기, 비용이 싸고 깨끗하며 재생 가능 에너지 원천은 태양 가압된 물 : 물 폭파와 물 제트 커터 (정밀한 커트, 안전, 환경적 무해, 과열 방지) 화학적 용매 : 증기터빈, 열교환체 사용 후 미처리 물 : 화학적 오염, 열적 오염 공급과 방출 : 정제기술 이용

23 식품의 조리 식품과학분야 : 중요한 역할, 물이 작용하는 역할을 이해 용질 : 물의 물리적 성질에 영향 끓는점과 어는점 영향
물은 국수와 같은 식품을 조리하기 위하여 사용 식품과학분야 : 중요한 역할, 물이 작용하는 역할을 이해 용질 : 물의 물리적 성질에 영향 끓는점과 어는점 영향 설탕 1몰 : 0.52 °C 상승, 소금 1몰은1.04 °C 상승; 어느점 강하 조리방법 : 끓임, 증발, 및 끓어오름

24 마시기 위하여 인체 : 55 -78 % 물을 포함 인체 매일 1 L내지 7 L 물이 필요- 탈수를 피함,
병에 담은 물을 마시고 있는 젊은 소녀 인체 : % 물을 포함 인체 매일 1 L내지 7 L 물이 필요- 탈수를 피함, 활동수준, 온도, 습도, 및 다른 인자에 의존, 마시는 물, 식품, 야채를 통하여 섭취 매일 물 6-7잔(대략 2 L)이 적당

25 물 섭취 : 20 %정도는 식품으로부터 물의 배설 : 오줌과 대변, 발한을 통하여, 나머지는 마시는 물과 야채로부터 섭취
호홉에서 수증기로 육체적 운동과 열에의 노출로 매일매일 유체(물) 요구가 증가 불순물을 포함하지 않은 물이 요구 불순물로 금속염과 Vibrio등의 박체리아를 포함 맛을 증진과 전해질 제공을 위하여 약간 용질 첨가 시베리아 Lake Baikal : 마시기에 적당한 가장 큰 한 개의 청정수원으로 대단히 낮은 염과 칼슘함량을 가지고 있고 대단히 깨끗하다.

26 용해제 또는 용매로서 용해(또는 현탁화) : 인체, 의류, 마루, 차, 식품 및 애완동물 등의 세척
청정 용매로서 : 산업화된 국가들에서 소비 인간의 폐기물 : 쓰레기시스템으로 운반 폐수 : 화학적 과정을 이용 물의 처리 : 오염물질을 파괴 반응성 물질을 감소-산소나 공기를 가하여 호기성 처리 폐기물 생물학적 과정, 미생물 폐기물에 침투 파괴 폐기 물의 화학적 생물학적 처리 - 구성 성분을 ‘케이크’로 건조, 쓰레기 매립지 또는 소각에서 처리

27 열 전달 유체로서 냉각제와 열 전달유체 : 유효성과 큰 열 용량에 기인 찬물 : 호수나 바다에 존재 증기 : 큰 증발열
냉각시키기 위해 사용되는 어름 냉각제와 열 전달유체 : 유효성과 큰 열 용량에 기인 찬물 : 호수나 바다에 존재 증기 : 큰 증발열 부식 성 : 단점 물의 증기 발전기를 작동, 증기터빈 냉각 핵발전소에서 중성자 감속제, 가압된 물 원자로에서 물은 냉각제와 감속제

28 불의 진화 큰 증발열과 불활성 -소화 유체 불순한 물의 전기 전도성 - 전기 기구의 소화에는 사용 불가
물은 거친 불을 소화하는데 사용된다. 큰 증발열과 불활성 -소화 유체 불순한 물의 전기 전도성 - 전기 기구의 소화에는 사용 불가 폭발적인 끓음 - 오일과 유기용제의 소화에 사용불가, 증기 폭발의 위험성 금속 또는 뜨거운 흑연과 반응 - 수소기체 생성, 수소폭발의 위험 Chernobyl재해 : 냉각시키는 원자로 자체의 물로부터 증기와 뜨거운 지르코늄 간 반응의 결과

29 화학적 용도 유기반응 : 물 또는 수용액으로 냉각 무기 염 제거, 무기반응에서 보편적 용매 유기반응에서 반응 용매로 사용 희박
반응물의 난용성, 양쪽성, 친핵성 때문 Diels-Alder 반응의 가속이 관찰 초임계물 - 최근 토픽 산소가 포화된 물 - 유기 오염물의 효율적인 연소

30 레크리에이션 수영, 수상스키, 보트타기, 및 다이빙 아이스하키와 스케이팅 호수가, 해변 및 수상공원
마음을 가라앉히는 흐르는 물 소리 양어, 물 쇼, 놀이 및 교제 - 수족관 또는 연못 스키나 스노우보딩 눈 볼, 물총 및 물 풍선과 같이 소화용으로 사용 분수, 장식

31 물 산업 1882년 인도에서 물 운반 자 가정집과 산업체에 음료수, 폐수의 서비스 (쓰레기 처리를 포함하여)

32 물 공급장치 : 수조, 물 공급네트워크, 물 정수장치,
중국의 수동형 물 펌푸 물 정수장치 물 공급장치 : 수조, 물 공급네트워크, 물 정수장치, 물 탱크, 물 타워, 물 공급파이프 대기의 물 생산장치 개발 중 풍광에 사용되는 물

33 약품 : 물로 끝남 생물학적 축적이나 분해 필요, 음료수 : 샘 또는 우물(대수층에 전당한 흐르는 물)
빗물과 강 또는 호수 물 병에 담긴 물로 분배 표면수 : 정수가 필요(불용성 물질, 녹아있는 물질 및 유해한 미생물이 포함), 여과(filtration) 및 염소화, 끓이는 방법 역 삼투 : 해수의 탈염 우물 파기 및 댐과 저수지의 건설 Hong Kong, 일부 도시에서 해수로 화장실 청소 약품 : 물로 끝남 생물학적 축적이나 분해 필요, 수생물체에 결정적인 효과 폐수설비 : 하수구와 폐수처리장 생물학적 저습지

34 물의 위기 UNESCO의 세계 물 개발 보고서(WWDR, 2003)는 차후 20년 내에 각 개인에게 주어지는 물의 양은 30 % 감소될 것을 예견 현재 세계인구 40 %는 청정수 부족 2000년 2백2십만 이상의 인구가 수인성 질환과 한발로 사망 2004년 영국 WaterAid 물 관련 질병으로 매 15초당 한 어린이 사망 Millennium Development Goals : 20015년까지 안전한 마시는 물 개발 증가, 물의 관리와 지속적인 사용 물 보호 기구 : International Water Association (IWA), WaterAid, Water 1st, American Water Resources Association 물 관련 협약 : United Nations Convention to Combat Desertification (UNCCD), International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, United Nations Convention on the Law of the Sea 및 Ramsar Convention 세계 물의 날 : 4월 22일; 세계해양의 날 : 6월 8일.

35 물은 藥 이다 1. 신장에 부담을 덜어준다. 2. 혈액의 끈기를 없앤다. 3. 변비 해소에 도움이 된다.
물은  藥 이다 1. 신장에 부담을 덜어준다. 2. 혈액의 끈기를 없앤다. 3. 변비 해소에 도움이 된다. 4. 감기를 예방한다. 5. 술을 마실 때 물을 마시면 간장의 부담을 줄여 준다. 6. 과음 후 두통은 수분 부족을 이한 것으로 물을 마시면 두통을 감소시킨다. 7. 물을 많이 마셔 요를 묽게 하여, 요에 포함된 발암물질의 영향을 줄인다. 8. 위. 십이지장 궤양을 억제한다 9. 천식 발작 시 찬물을 마셔라. 10. 감기 등으로 발열 할 때 찬 물로 식힌다. 11.알레르기 질병의 원인 물질을 배출, 치료한다. 12.운동 후 피로를 회복시키고, 변동한 생리적 상황을 회복시켜 주고, 정신적인 피로도 없애고 기분도 상쾌하게 해준다. 13. 노인의 몸은 충분히 물을 섭취해야 한다.

36 물(H2O)이 “ 나 ”를 살리고 있다