불은 고체·액체·기체 중 뭘까?

TED-Ed “불은 화학 반응의 감각적인 경험”

화학적 물질은 고체, 액체, 기체 세 가지로 분류되는데, 흔들거리는 불을 세 가지 중 하나로 분류할 경우 어디에 해당될까?

불이란 도대체 무엇인지를 TED-Ed가 애니메이션으로 알기 쉽게 제작, 이를 일본 IT전문매체인 기가진이 소개해 주목을 받았다.

불꽃 앞에 앉으면 따뜻함, 나무가 타는 냄새, 지직거리는 소리 등 다양한 감각을 얻을 수 있다. 눈앞에 있는 불꽃은 멈추지 않고 모습을 바꾸고 왜곡하거나 반짝하기도 하지만 이 '불꽃'은 도대체 어떤 물질인가?라는 것이 이 영상의 주제다.

불꽃은 고체가 아니라, 액체도 없다. 바람에 흔들리는 모습은 기체처럼도 보이지만, 기체도 없다. 과학적으로 말하면 기체는 무기한 동일한 상태를 유지할 수 있지만, 불길은 결국 불타 버리기 때문이다.

또한 불은 고체, 액체, 기체에 이은 제4의 상태 ‘플라즈마’라고도 알려져 있지만 이는 사실과 다르다.

다른 3개와 달리 플라즈마는 지구에서 일정한 상태가 없다. 플라즈마는 기체가 자기장에 노출 된 경우 또는 수천 번 수만도까지 과열됐을 때 생긴다. 반면 불은 플라즈마 발생보다 훨씬 낮은 온도에서 종이와 나무가 점화됐을 때 발생한다.

고체, 액체, 기체, 플라즈마와 상관없다면 불은 도대체 무엇일까. 이에 영상에서는 불은 원래 '물질'이 아닌 ‘점화’라는 화학 반응의 감각적인 경험이라고 정의했다.

이것은 가을이 되면 잎이 붉게 변색되거나, 사과가 썩어 변색되거나, 반딧불이 빛나는 것과 같은 것이다.

다만 이들과 불꽃이 다른 점은 실제 물건에서 강렬한 경험을 창출하면서 한 번에 많은 '감각'에 호소한다는 점이다. 연소는 연료, 열, 산소 등을 사용해 감각적인 경험을 만들어낸다.

캠프파이어에서 통나무가 발화점에 도달하면 세포벽이 분해돼 설탕 및 기타 분자가 공기 중으로 방출된다. 이 분자는 공기 중의 산소와 반응해 이산화탄소와 물을 만들어 낸다. 동시에 통나무 속에 남은 물은 기화 팽창하고 나무를 파열시켜 딱딱 거리는 소리를 낸다.

불길이 하늘을 향해 타오르는 것은 중력에 의한 것이다. 중력이 없으면 분자의 농도에 따른 분산이 일어나지 않기 때문에 무중력 하에서 불꽃은 지구상과 전혀 다른 모습이다.

그리고 이런 현상을 확인할 수 있는 것은 불이 '빛'을 만들어 내고 있기 때문이다.

분자는 가열됐을 때 빛을 발하지만, 불의 색은 그 분자의 온도에 좌우되고, 온도가 높으면 백색 또는 청색으로 변화한다. 또한 불에 들어있는 분자의 종류도 색상에 영향을 미친다.

통나무 속의 화학 반응을 하지 않은 탄소 분자는 그을음의 형태로 불에 섞인 채 노란색과 오렌지 빛을 만들어낸다. 한편 구리 및 염화칼슘, 칼륨 등의 금속은 파란색과 분홍색의 각기 다른 불꽃의 색깔을 만들어낸다 .

또한 불은 열을 만들어내는데, 이 열 덕분에 연료가 발화점 이상으로 유지되고 불이 꺼지지 않게 된다. 그리고 아무리 큰 불꽃도 결국은 연료와 산소가 없으면 사라지고 만다.