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[사이언스 지식In]용가리과자 속 액체질소의 정체

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2017년 08월 04일 17:17 프린트하기

용가리과자의 예 - 인스타그램 제공
용가리과자의 예 - 인스타그램 제공

괴수가 입에서 화염을 내 뿜으며 도시를 불바다로 만드는 장면을 영화나 만화에서 보신 적이 있나요? 한국영화 ‘용가리’를 비롯해 최근 방영을 시작한 미국 드라마 ‘왕좌의 게임 시즌 7’, 영화 ‘드래곤 길들이기’ 시리즈 등 다양한 작품에 자주 등장하는 모습입니다.

 

붉은 화염은 아니지만 먹으면 입에서 하얀 연기를 내뿜을 수 있는 과자, 이른바 ‘용가리 과자’가 최근 인기라네요. 그런데 이달 1일, 충남 천안 워터파크에서 12살 어린이가 용가리과자를 먹고 위에 구멍이 뚫려 수술을 받게 되는 사고가 일어났습니다. 현재는 중환자실에서 회복중에 있다고 하는데요. 과자에 뿌려진 뒤, 기화되지 않고 남아있던 ‘액화질소(또는 액체질소)’가 문제였다고 조사됐습니다.

 

무심코 즐겼던 용가리 과자에 대한 경계심과 함께 도대체 이런 사고는 왜 생건 걸까요? 오늘은 용가리 과자 속 액화질소의 비밀을 한 단계씩 벗겨가 볼게요.

 

Q. 공기 중에 가장 많이 있는 게 질소 아닌가요? 그 질소가 문제가 될 수 있나요?

 

A. 네, 우리가 들이마시는 공기 속에는 단연 질소가 가장 많습니다. 질소가 78%, 산소가21%, 이산화탄소가 0.03%, 그리고 기타 기체로 이뤄져 있거든요.

 

공기 중에 질소는 매우 안정된 기체로 산소 등 다른 공기분자와 만나 반응하지 않습니다. 남극에서 북극까지, 지구에 있는 모든 자연적인 질소는 기체로만 존재합니다. 아, 다만 동, 식물의 몸 속에서는 단백질이나 DNA의 핵산을 이루는 질소원자 형태로는 존재가 가능합니다.

 

즉 자연에 있는 질소 자체는 문제를 일으키지 않습니다. 이번에 문제가 된 액화질소, 즉 액체로 변한 질소는 지구 자연환경에서는 존재할 수 없는 물질이기 때문에 문제가 일어났던 셈입니다.

 

Q. 액화질소는 왜 자연에 없는 건가요? 인공적으로 만들게 된 이유는 뭔가요?

 

액화질소가 지구 자연환경에서 존재하지 못하는 이유는 온도 때문이에요. 물이 100도 이상의 온도에서 수증기로, 0도 이하의 온도에선 고체인 얼음으로 변하는 것처럼, 질소도 온도에 따라 물질의 상태가 변합니다. 영하 196도에서 무색의 액체로 변하고, 영하 210.5도 에서는 투명하고 색이 없는 고체가 되는데요. 지구에서 가장 춥다는 남극 기온도 최저 영하 60도 정도이니 때문에 자연에서는 액화질소를 찾아볼 수 없습니다.

 

액화질소를 만들기 위해 기체상태의 질소를 영하 196도의 냉동고에 넣으면 됩니다. 하지만 이렇게 낮은 온도의 냉동고를 만들기는 현실적으로 불가능하지요. 그래서 기체상태의 질소를 높은 압력으로 압축합니다. 모든 기체는 압력을 가하면 끓는 점과 어는점이 높아진답니다.

 

이렇게 만든 액화질소는 자연상태에 놓아 두면 조금씩 다시 기체로 변해 날아갑니다, 하지만 액체상태를 유지하는 동안은 영하 196도를 유지하게 되지요. 이 때 다른 물질을 액화질소에 담그면 순식간에 얼어버리는데요. 이 특징 때문에 병원이나 연구실에서 세포나 박테리아를 급속 냉동할 때도 사용하고 있습니다. 냉동인간 연구에도 쓰인다고 하네요.

 

Q. 살아있는 생명체가 영하 196도의 액화질소를 만지거나 먹었을 때는 위험할 수밖에 없겠군요. 이번 천안 용가리과자 사건도 그렇게 보면 되는 건가요?

 

A. 네 맞습니다. 용가리 과자는 투명한 컵에 일반 과자를 담고 통에 담긴 액화질소를 뿌려 만드는데요. 이번 천안 사건은 아이가 용기를 입에 대고 과자를 털어 먹으면서 기화되지 않고 남아있던 액화질소를 마시면서 사고가 난 것으로 알려졌습니다.
 
극저온의 액화질소가 사람의 피부와 닿으면 우리 몸의 통각세포가 반응해 통증을 느끼게 되고, 이와함께 세포의 괴사를 일으킬 수 있습니다. 이번 사건 역시 액화질소 때문에 위에 구멍이 났다고 하더군요.

 

더 큰 문제는 용가리 과자를 담은 용기 안에 남아 있을 수 있는 액화 질소의 위험성이 대중에게 잘 알려지지 않은 것인데요. 특히 무허가로 영업행위가 이뤄지고 있는 곳이 많아 사건발생시 책임 소재도 명확하지 않다는 것입니다.

 

Q. 용가리(질소)과자처럼 질소아이스크림, 질소커피가 인기를 끌고 있는데, 그럼 이런 음식들은  다 액화질소를 이용한 건가요?

 

A. 그건 아니에요. 식품이나 요리를 위해 사용하는 질소는 일반적으로 액화질소와 아산화질소 두 가지입니다. 질소아이스크림은 액화질소를 사용하고 질소커피에는 기체인 아산화질소(N₂0)를 씁니다. 아산화질소는 토양에서 박테리아에 의해 합성되거나 인공적인 화학합성을 통해 생성되며, 산소 한 개가 질소분자에 붙은 것으로 의료용 마취제 등으로도 쓰이는 기체화합물입니다.

 

질소커피의 예 - (주)동아사이언스 제공
질소커피

액화질소를 과자 위에 직접 뿌리는 용가리과자와 달리, 질소아이스크림은 시중에 파는 아이스크림 믹스를 액화질소에 잠깐 담궜다가 꺼내서 만듭니다. 액화질소의 낮은 온도를 이용해 순식간에 얼어버리기 때문에 갓 만든 신선한 아이스크림을 얻을 수 있다고 합니다. 그러니 실제로 액화질소를 먹는 것은 아니라는 의미지요. 다만 액화질소가 확실히 기화됐는지 확인할 필요는 있을 것 같네요.

 

질소커피는 커피를 내릴 때 아산화질소를 주입해 만듭니다. 부드러운 질소기체 거품이 커피의 풍미를 더한다고 하네요. 소량의 아산화질소로 거품을 만드는 커피에서 큰 문제는 발견되지 않았습니다. 다만 아산화질소를 사람이 직접 마시는 것은 위험할 수 있습니다.

 

아산화질소가 든 풍선, 일명 해피벌룬을 들이 마신 사람이 사망하는 일이 발생했는데요. 지난 7월 25일 환경부가 나서 아산화질소를 환각제로 지정한 바 있습니다. 명확한 아산화질소 첨가 기준과 관리를 통해 바리스타가 질소커피를 만들때 임의로 대량의 가스를 넣지않도록 할 필요가 있을 것 같습니다.

 

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