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탄산음료(콜라), 절대 얼리지 마세요! 목록

조회 : 10078 | 2012-09-18

지난 8월 26일 새벽, 중국에서 한 네티즌(아이디 Laura_xm)이 중국 최대 마이크로 블로그 서비스인 웨이보(微博·중국판 트위터)에 6살 난 아들이 캔에 든 콜라를 따려다 일어난 폭발로 얼굴이 찢어져 38바늘이나 꿰맸다는 글을 올렸답니다.
정확한 내용은 이랬습니다. 25일 저녁 6살 소년이 빨리 시원해지길 바라며 냉동실에 넣어뒀던 펩시콜라를 따려고 마개를 여는 순간 캔이 폭발해 그 파편에 얼굴을 심하게 다쳤다는 것인데요, 엄마는 다른 아이들도 이 같은 일을 당하지 않았으면 하는 마음에 안전을 위해 절대 콜라를 냉동실에 넣지 말라고 웨이보에 볼을 꿰맨 아들의 사진과 함께 글을 올리게 됐다고 하네요.
이번 사건을 통해 콜라 캔이 폭발한 이유는 무엇인지, 콜라와 같은 탄산음료에 숨겨져 있는 과학 원리에 대해 조금 살펴볼까 합니다.
이와 같은 사건은 이미 이전에도 화제가 되었던 적이 있었어요. 지난 3월에도 냉동실을 두 동강 낸 대단한 콜라의 위력 등이 네티즌들 사이에 회자되면서 한참 시끄러웠었어요. 직접 실험을 해는 네티즌들이 인증샷을 올리기도 했고요.
여러분도 콜라 캔 폭발 사고에 대해 많은 언론을 통해 이미 접했을 텐데요, 따라해 보고 싶은 마음이 들었나요? 정말 위험한 일이니 절대 따라하지는 마세요. 하지만 이미 생겨버린 호기심은 어떻게든 풀어야겠죠? 따끈따끈 과학에서 따라해 보고 싶었던 그 마음을 시원하게, 과학으로 풀어보도록 합시다.

 

 

* 알아보기
- 콜라 캔 폭발 사고의 원인은 무엇이었을까요?
[실험 1]냉장 보관 vs. 실온 보관 콜라의 이산화탄소 발생량은?
- 탄산음료, 어떻게 만들까?
[실험 2]시원하고 상쾌한 탄산음료 만들기
- 탄산음료 캔의 밑바닥이 오목하게 들어간 이유는?
[실험 3]콜라 캔, 커피 캔 등 여러 가지 캔에 자석 붙여 보기!

 

 

* 생각 키우기
- 초정리 광천수(초정약수) 또한 탄산음료와 같은 톡 쏘는 맛을 가진 탄산수인데요, 탄산음료와 무엇이 같고 무엇이 다를까요?

 


- 콜라 캔 폭발 사고의 원인은 무엇이었을까요?
콜라와 같은 탄산음료를 0℃ 이하에서 보관하는 것은 매우 위험합니다. 최근 중국에서 일어난 사고처럼 큰 폭발로 이어질 수 있기 때문인데요, 그 이유는 무엇일까요?
바로 콜라 속에 녹아 있는 이산화탄소 때문입니다. 콜라는 물속에 이산화탄소가 녹아 탄산의 형태를 유지하고 있는 음료인데요, 냉동상태에서 얼게 되면 물이 결정화되면서 이산화탄소가 빠져나가게 됩니다. 물이 언 공간 이외에 좁은 공간에 이산화탄소가 쌓이고 쌓이다 엄청난 압력을 견디지 못하고 튀어나오며 냉장고 속에서 폭발로 이어질 수도 있어요.또 이번 중국에서 일어난 사건처럼 겨우 콜라 캔이 그 압력을 견뎌내고 있더라도 용기 속의 엄청난 압력이 캔의 뚜껑을 여는 순간 폭발적으로 밀고 나오면서 폭발사고로 이어질 수 있는 것이랍니다.

 

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[실험 1]
냉장 보관 vs. 실온 보관 콜라의 이산화탄소 발생량은?

 

준비할 재료 : 냉장 보관한 콜라 캔, 실온 보관한 콜라 캔

 

1. 냉장고에 보관했던 콜라 1캔과 실온에 보관한 콜라 1캔을 준비해 차례로 캔 뚜껑을 열어 관찰해 보세요.

 

※ 실온에 보관한 콜라 캔을 열면 뽀글뽀글 거품이 넘치는데, 냉장 보관한 콜라는 캔을 열어도 넘침 현상을 볼 수 없어요. 기체는 저온에서 용해도가 크기 때문에, 차가운 콜라 속에는 그만큼 이산화탄소가 더 많이 녹아 있을 수 있어 캔을 열 때 공기 중으로 나오는 이산화탄소의 양이 실온에 보관한 콜라보다 적기 때문이랍니다.

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- 탄산음료, 어떻게 만들까?

 

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콜라를 유리컵에 따르면 컵 벽면에 공기방울들이 알알이 맺힌 것을 볼 수 있어요. 그 정체는 바로 이산화탄소랍니다. / 이미지 출처 : 퍼블릭 도메인(위키백과)

 

 


콜라나 사이다 같은 탄산음료의 뚜껑을 따면 펑 하는 상쾌한 소리와 함께 뽀글뽀글 기포들이 올라옵니다. 얼음이 든 컵에 탄산음료를 부으면 쏴 하는 소리와 함께 얼음과 컵 벽면에 송알송알 맺힌 방울들이 예쁘기도 하고, 시원하게 느껴지기까지 하지요?
탄산음료를 마시면 톡 쏘면서 달콤하고 상쾌해요.
탄산음료는 물에 탄산이 녹아 있는 것인데, 탄산은 물에 이산화탄소를 녹여 만든 액체랍니다.이산화탄소는 물에 약간 녹아 탄산을 만들어 약한 산성용액이 됩니다. 고체와 액체는 온도가 높으면(가열을 하면) 물에 잘 녹지만 기체는 그렇지 않습니다. 기체는 압력을 높이고, 온도를 낮출수록 용해도가 올라가요. 탄산음료를 만들 때는 낮은 온도에서 압력을 높여 이산화탄소를 녹인답니다.이렇게 낮은 온도와 높은 압력으로 녹여놓은 탄산음료의 캔이나 병 속은 높은 압력을 그대로 유지하고 있는데, 뚜껑을 따면 압력차(공기 중의 압력이 캔이나 병 속의 압력보다 낮다.)로 인해 음료 속에 있던 이산화탄소들이 공기 중으로 나오면서 거품을 내고 입 속을 자극해 톡 쏘는 느낌을 내는 것이랍니다.

 

 

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[실험 2]
시원하고 상쾌한 탄산음료 만들기

 

준비할 재료 :
설탕, 소금, 물, 소다(탄산수소나트륨), 구연산(시트르산), 레몬즙이나 비타민 C

(레몬즙이나 비타민 C 대신 오렌지나 자몽처럼 자신이 좋아하는 과즙을 넣어도 좋아요.)

 

1. 컵에 물을 넣고 설탕을 먼저 넣고 저어 설탕물을 만든다.
2. 소다, 구연산 그리고 레몬즙이나 비타민 C를 모두 넣은 후 재빨리 골고루 저어준다.
3. 컵을 랩으로 덮어 둔 후 잠시 기다리면 탄산음료 완성.

 

※ 기체인 이산화탄소는 낮은 온도에서 더 잘 녹아있기 때문에 컵을 차가운 얼음물에 담그고 실험을 하는 것이 더 좋습니다.
※ 대형마트나 슈퍼에서 먹을 수 있는 소다와 구연산을 판매합니다. 그것을 구매해 이용하거나 요즘은 과학실험용으로 판매되는 탄산음료 만들기 DIY 세트를 구해 안전하게 탄산음료 만들기에 도전해 보세요.

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예전에는 탄산음료를 만들 때 모두 구연산을 이용했지만, 요즘은 더 저렴한 인산을 이용해 만드는 제품도 있답니다. 인산은 칼슘 흡수를 방해하는 물질로 잘 알려져 있어요. 탄산가스는 소화기능을 저하시키고, 탄산은 식도와 위를 연결하는 식도하부 괄약근 이완에 영향을 줘 위산이 역류할 수 있게 합니다.
또 탄산음료가 해롭다는 주장 중 가장 문제가 되고 있는 것이 바로 치아건강이지요. 치아에 손상을 주는 것은 탄산음료의 산성도가 낮기 때문이에요. 콜라는 pH2.5로 꽤 강한 산성을 띠고 있어요. 콜라를 마신 후 입속 pH가 5.5 이상으로 회복되는데 걸리는 시간은 약 30여 분 정도인데 이 시간 동안 치아 부식이 일어날 수 있다고 합니다. 또 이 시간 동안 이를 닦아도 좋지 않다고 하네요.
탄산음료의 단맛, 당분도 건강에 해롭습니다. 당분을 많이 섭취할 경우 포도당으로 분해 흡수돼 열량으로 공급하고 남은 당분은 지방 형태로 피하에 쌓여 비만의 원인이 되기도 합니다. 하루에 콜라 1캔만 마셔도 초․중등학생의 1일 당분 섭취 권장량인 20g 보다 많은 31.5g의 당분을 섭취하게 되는 것이라네요.
(*한국소비자보호원의 ‘음료의 안전성 실태조사’, ‘탄산음료 등 어린이 기호식품 현황 및 개선방안’ 자료를 참고함)

 

- 탄산음료 캔의 밑바닥이 오목하게 들어간 이유는?

 

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콜라나 사이다 같은 탄산음료의 밑바닥을 보면 오목하게 들어가 있어요. 옥수수나 참치 통조림 같은 것은 밑바닥이 평평한데 말이지요.
대체로 밑바닥이 오목하게 들어간 것은 알미늄으로 만들어진 캔이고, 밑바닥이 평평한 것은 강철로 만든 철 캔(스틸 캔)이랍니다. 알미늄 캔과 철 캔은 그 속에 담기는 내용물의 압력에 따라 다르게 사용이 됩니다. 알미늄 캔은 탄산음료나 맥주 같은 발포성(뽀글뽀글 기포가 생기는) 음료를 담을 때 사용합니다. 발포성 음료들은 압력이 낮으면 내용물 속에 녹아있던 기체가 기화되기 때문에 질소를 함께 넣어 고압 상태로 캔 속에 담습니다. 이것이 유통 중에 온도가 높아지면 기체가 액체로부터 빠져나와 캔 속의 압력이 증가할 수 있어요. 알미늄 캔은 강철에 비해 탄성(외부의 힘에 의해 변형된 물체가 외력을 제거하면 원래의 상태로 돌아가려는 성질)이 높아서 캔 속의 압력이 증가해도 어느 정도 견딜 수 있어요. 또 압력을 가장 많이 받게 되는 밑면을 오목하게 만들어주면 밑면 전체에 압력이 고르게 퍼지기 때문에 모양의 변형도 생기지 않게 된답니다.
자, 정리해 볼까요? 콜라 같은 탄산음료, 맥주, 부탄가스 등의 캔 바닥이 왜 오목하냐면 바로 압력을 분산시켜 최대한 많이 견딜 수 있는 구조이기 때문이랍니다.
아, 탄산음료가 아닌데도 알미늄 캔을 이용하는 회사도 있어요. 요즘은 대부분의 음료는 철 캔이 아닌 알미늄 캔에 담기고 있는 추세인 것 같아요. 실제로 마트에서 찾아보니 캔 밑면이 오목한 것이 대부분이고 평평한 철 캔에 담긴 음료가 드물었어요. 알미늄 캔의 가격이 철 캔보다 저렴하기 때문인데, 단점은 알미늄 캔은 철 캔보다 약해 같은 충격에도 터질 확률이 높습니다.

 

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[실험 3]
콜라 캔, 커피 캔 등 여러 가지 캔에 자석 붙여 보기!

 

준비할 재료 :
콜라 캔, 커피 캔, 통조림 캔 등 다양한 캔을 준비하세요.

 

1. 준비한 여러 가지 캔에 자석을 붙여 보세요.
2. 자석이 붙은 캔과 붙지 않는 캔 두 가지로 분류해 보세요.
3. 자석이 붙은 캔과 붙이 않은 캔에 표시된 재활용표시를 살펴보세요.

 

※ 자석이 붙은 캔은 강철 캔으로 회색의 분리배출 표시 도안에 ‘철’로 표시되어 있고, 자석이 붙지 않은 캔은 ‘알미늄’ 으로 표시 되어 있을 거예요.

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※ 분리수거 할 때 철 캔과 알미늄 캔을 분리해 넣지 않는 이유가 바로 여기에 있어요. 철 캔과 알미늄 캔은 자석이 달린 이동 벨트로 쉽게 분리할 수 있기 때문이에요.

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* 더 찾아보기
[LG 사이언스랜드 ‘현미경으로 본 세상’에서 탄산음료 등을 담는 용기 ‘캔’에 대해 더 살펴봅시다.]
- 우리가 먹어야 조국이… - 캔

[LG 사이언스랜드 ‘따끈따끈 과학’에서 살펴봤던 이산화탄소의 또 다른 모습에 대해 더 살펴봅시다.]
- 이산화탄소(CO2)가 뭐기에? - 온실효과

 

* 생각 키우기
초정리 광천수(초정약수) 또한 탄산음료와 같은 톡 쏘는 맛을 가진 탄산수인데요, 탄산음료와 무엇이 같고 무엇이 다를까요?
충북 청원군 초정리는 미국의 샤스터, 영국의 나포리 나스와 함께 세계 3대 광천수로 꼽히는 초정리 광천수(초정약수)로 유명한 곳입니다.  600여 년 전에 발견된 이 초정약수는 동국여지승람과 조선왕조실록에 기록이 남아있는데, 이 기록에 다르면 세종 26년(1444년) 두 번에 걸쳐 117일간 세종대왕이 안질(눈병)을 고치기 위해 이곳에 머물렀고, 세조 역시 이곳 약수로 피부병을 고쳤다는 기록이 남아있다고 합니다.
초정리 광천수에는 각종 미네랄과 용존 산소가 풍부하게 녹아 있어 피부병과 노화 방지에 탁월한 효과가 있다고 알려져 있답니다.
초정리 광천수는 탄산음료처럼 톡 쏘는 맛을 가지고 있습니다. 탄산음료와 무엇이 같고 무엇이 다른지 한번 찾아 정리해 보세요. 그리고 자연에서 어떻게 이런 물이 솟아나는지 그 원리도 알아보면 좋겠지요?

 

주제!
용해
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*초등5학년 1학기 용해와 용액
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