이웃집화학자가 들고 있는 건 뭘까요?
이웃집화학자가 들고 있는 건 뭘까요?
  • 이웃집편집장
  • 승인 2018.02.13 10:43
  • 조회수 6570
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이웃님들은 과학자 하면 뭐가 가장 먼저 떠오르시나요? 하얀 가운을 입고 눈금이 달리거나 특이하게 생긴 유리병 같은 걸 들고 무언가를 연구하고 있는 걸 떠올리시는 분들이 많지 않을까 싶네요. 아래 그림을 보실까요? 왼손으로 유리병을 들고 오른손에 있는 도구로 액체 같은 걸 집어넣고 있는 모습이요.

 

이웃집 화학자의 실험?!

그런데 손에 들린 유리도구가 궁금하셨던 분은 없나요? 이웃집화학자는 원뿔형의 병을 들고 있네요. 

 

과학자의 왼손에 들려있는 것들

 

그런데 다음 그림들을 보면 어떤 건 원기둥이고 어떤 건 목이 좁고, 어떤 건 눈금이 있고 없고, 어떤 건 가지가 달렸고, 어떤건 바닥에 놓지도 못하게 둥근 바닥을 갖고 있지요. 왜 이렇게 다른모양의 기구들이 필요한 걸까요? 각각은 어떤 용도가 있고 어떤 장점이 있는지 알아볼까요?

 

먼저 과학자의 왼손에 들린 초자들을 볼까요?

설명에 앞서 알려드리자면. 실험에 쓰이는 각종 용기나 도구들을 ‘초자’라고 한답니다. 왼손에는 보통 무언가를 담아놓는 걸 많이 들고 있지요. 하나하나 볼까요?

 

비커

 

눈금이 있는 컵이에요. 이웃님들이 가장 흔하게 보지 않았을까 싶습니다. 가열, 냉각, 교반(젓기)등을 하며 반응을 진행시키는 용기로 사용이 됩니다.

 

'비커는 눈금이 있는데 부피를 재는 건 아닌가요?' 라고 질문하시는분들 눈썰미 아주 칭찬해~ 그렇지만 비커는 정확한 부피를 계량할 수 없어요. 대략적인 수치만 적혀있다고 보면 됩니다. 비커에 있는 눈금은 용액을 세 번 넣었는지 네 번 넣었는지 헷갈릴 때나 부피가 중요하지 않은 반응이나 대충 묽힐 때 등등의 경우 참조할 수 있는 정도라고 생각하시면 됩니다.

 

일반적인 비커의 모양은 바닥면 지름과 높이가 1:1.4인 원기둥이에요. 다만 50~500mL의 비커가 가장 흔하게 쓰이지만 1, 3mL부터 10,000mL까지 사용할 수 있는 용량이 아주 다양해요. 10mL비커 정도 되면 꽤 귀엽답니다. 메스실린더와 마찬가지로 유리로도 만들고, 플라스틱으로도 만들어요. 사실 비커는 만들기 나름대로여서 높이와 지름 비율도 맘대로, 부피도 맘대로 주문 제작해 쓰는 경우도 흔합니다.

 

플라스크(flask)

 

플라스크는 목이 길게 달린 초자를 말해요. 먼저 반응 용기로 쓰는 플라스크로는 바닥 모양으로 이름 붙인 삼각 플라스크와 둥근바닥 플라스크가 있습니다.

 

서강대학교 대나무숲 마스코트 서강이가 시험기간에 삼각 플라스크를 들고 고통받고있습니다

삼각플라스크는 원뿔모양을 하고 있어요. 비커처럼 눈금이 있지만 정밀하지 못해 대략적인 것만 측정 할 수 있어요. 영어로는 conical flask라고도 하지만 Erlenmeyer flask(엘렌마이어 플라스크)라고 주로 부릅니다. 이름이 낯설다보니 깔대기를 말하는 funnel과 함께 첫학기 일반화학실험 문제로 조교들이 단골로 내는 치사한 문제로 많이 쓰여요.

 

이 플라스크는 용액이 밖으로 잘 튀지 않고 안정적인데다 클램프로 잡을 수 있고 용액을 다른 곳으로 따르기 쉬워 많이 씁니다. 유리, 플라스틱 등 역시 다양한 소재로 제작 가능해요. 사이즈도 10mL 부터 수천 mL까지 제각각, 목의 모양도 제각각입니다. 이것도 10mL 이하의 작은 사이즈는 오밀조밀 눈금이 그려져 있는 것이 꽤 귀엽습니다. 삼각플라스크 목의 모양은 다양해요. 가는 것도, 굵은 것도, 그리고 유리 캡을 씌워 밀봉할 수 있는 형태 등이 있어요.

 

둥근바닥 플라스크는 구형의 유리에 목이 달린 형태에요. 영어로는 Round bottom flask라서 줄여서 RB라고 불러요. 연구자의 시간은 소중하니까요. RB는 눈금이 없어요. 용량은 5mL부터 수천 mL까지 있습니다. RB 또한 일반적인 반응에 많이 사용하는데요. 열을 가하거나 냉각이 필요할 때 주로 많이 사용합니다. 중탕을 하는 경우도 많지만 반구형으로 패인 맨틀이라는 가열 기구도 많이 사용합니다. 플라스크 내부 전체가 같은 온도를 유지해야 할 경우 Sea sand라고 부르는 세척된 모래를 주변에 부어 목까지 덮습니다. 화학과생이라면 씨샌드가 데체 뭐야...라며 검색을 해보았는데 온통 바다 사진만 나와서 당황하는 경험을 한 번씩 하곤 하지요.

 

맨틀에 들어있는 둥근바닥 플라스크 출처: glass-col

둥근바닥 플라스크는 목이 2개나 3개인 것 들도 있어요. 이런 경우 목 하나에 빙글빙글 증류 장치를 끼우거나 플라스크 안의 공기를 질소로 바꿔야 해서 기체를 통과시켜야 하는 등등의 경우 사용합니다. 목이 여러 개인 플라스크의 경우 보통 하나는 수직 방향을 향해, 나머지는 기울어진 방향으로 있습니다. 수직으로 고정해야하는 장치를 이용하기 위한 것이에요.

 

부피 플라스크라는 녀석도 있어요. 말 그대로 부피를 재는 도구입니다. 농도가 중요한 용액의 총 부피를 정확하게 만들 때 사용하지요. 사이즈는 1mL 정도부터 수천 mL까지 있습니다.

 

녹이는 물질을 용질, 그 바탕이 되는 물질을 용매라고 하는데요. 눈금보다 적은 양의 용매와 용질을 먼저 섞은 뒤 완전히 녹인 후 표시선에 정확히 맞추어 용매를 넣어야 해요. 만약 용매를 선까지 먼저 넣고 용질을 넣으면 그 부피가 변하게 되어 정확한 농도를 맞출 수 없답니다. 혹시 용매를 넣다가 아주, 그러니까 정말 조금이라도 넘어가면 어떻게 하냐고요? 빼박캔트 처음부터 다시 만들어야지요… 다시 무게 재고...녹이고.. 용매가 여러 종인 경우 더더욱 고생 좀 하겠네요.

 

메스실린더(measuring cylinder)

 

처음으로 눈금이 중요한 녀석이 나왔습니다. 메스 실린더, 액체의 부피를 재는 도구에요. 사용 방법은 간단합니다. 용기 안에 액체를 채우고 눈금을 읽으면 돼요. 눈금을 읽을 때 부피를 재는 모든 도구에서 주의해야 하는 점은 액체가 용기에 붙어있는 부분이 아니라 가장 높은 부분이나 가장 낮은 부분을 눈높이에 맞춰 읽어야 한다는 점이에요. 이렇게 액체가 볼록해지는 것을 메니스커스 현상이라고 하고, 이렇게 읽는 방법을 '메니스커스 법'이라고 한답니다.

 

메니스커스법으로 읽으니 둘 다 155 mL 네요!

이 기다란 녀석은 초등학교 때 처음 이름을 들었을 때 외국어 중에서도 외국어 같다는 느낌을 받았어요. 심지어 눈금을 읽는 메니스커스법도 이것과 함께 배워서 용어가 헷갈렸던 기억이 납니다. 5mL 짜리부터 2,000mL 짜리 등등이 있어요.

 

유리 뿐 아니라 플라스틱, 그리고 테플론 등 특수 소재로도 만들어요. 유리나 플라스틱과 반응하는 물질이라도 부피를 계량할 수 있지요.

 

과학자의 오른손에 들려 있는 것

 

이번에는 과학자가 오른손으로 들고 있는 초자들을 한 번 볼까요?

오른손에는 무언가를 옮기거나 돕는 도구를 들고 있네요. 

 

피펫(파이펫, pipette)

 

눈금 피펫(좌)와 홀 피펫(우)

유리관에 고무를 끼워 빨아들이는 방식으로 정밀한 양을 옮기기 위해 고안된 기구에요. 아래의 유리관을 피펫, 위쪽의 고무를 피펫 필러라고 합니다. 부피를 재어 옮길 수 있는 유리 피펫으로 눈금 피펫과 홀 피펫이 있어요. 눈금 피펫은 눈금 사이사이의 양을 잴 수 있지만, 정밀함이 홀 피펫에 비해서는 떨어집니다. 눈금 피펫은 최대 용량기준으로 1mL 부터 50mL 정도까지 시판되고 있고, 홀 피펫은 0.5mL 부터 100mL까지 시판되고 있어요.

 

피펫 필러는 빨아들이는 것과 내보내는 것을 한 손으로 조작할 수 있도록 되어있어요. 맨 위 콕을 누르고 살짝 눌러 공기를 뺍니다. 그 후 끝을 용액 안에 담그고 아래를 누르면 용액이 빨려올라가고, 측면으로 나와 있는 가지를 누르면 용액을 밖으로 내보낼 수 있습니다. 아무리 답답해도 피펫을 입으로 빨면 안 돼요.

 

편리성 끝판왕 마이크로피펫 출처 : 명인프론티어

홀 피펫과 눈금 피펫의 장점을 둘다 가지고 있는 것이 마이크로피펫입니다(찬양하라!). 사용법도 간단해요. 제품별로 차이는 있지만 위쪽의 꼭지를 돌려 눈금을 맞추고 아래쪽에 플라스틱 팁을 끼우고, 걸리는 지점까지 눌렀다가 액체에 넣고 빨아올리면 됩니다. 

 

다 쓰면 위쪽의 작은 버튼을 눌러 휴지통에 대고 톡! 원터치로 앞의 팁만 버릴 수 있지요. 사이즈는 수 uL 부터 10mL까지 있습니다. 주의할 점은 액체를 빨아올리는 내내 팁이 액체 안에 담겨 있어야 합니다. 그렇지 않으면 용액이 위로 튀면서 안쪽을 오염시킬 수 있어요. 마이크로피펫은 꽤 비싸답니다.

 

부피랑 상관 없는 피펫도 있어요. 보통 스포이드로 많이 알고있는 파스퇴르 피펫입니다.

 

사실 스포이드(spuit)는 네덜란드어로 바늘이나 주사기를 뜻합니다. 알파벳으로 검색하면 주사기가 나와요. 파스퇴르 피펫은 간편하게 소량의 액체를 옮길 때 사용해요. 이 때 거꾸로 들면 벌브라고 부르는 위쪽의 고무에 용액이 흘러들어가서 주의하세요! 

 

아, 벌브도 씨샌드처럼 처음에 이게 뭔가 검색해봐야 전구 사진만 잔뜩 나와서 한 번 씩 당황하게 되는 것 중 하나입니다. 파스퇴르 피펫은 일회용이여도 벌브는 재사용하기 때문에 다른 물질을 옮길 때 섞여 들어갈 수 있어요. 또한 고무를 녹이는 물질이 들어가면 구멍이 나기도 한답니다. 황산 등 쓰는 실험을 하면.. 조교는 고통스럽습니다(하...진짜..얘들아… 왜그래… 몇개를 보내버린거니…).

 

이웃집 화학자가 벌브를 죽였다

플라스틱으로 된 일회용 피펫도 파스퇴르 피펫이라고 하는데요. 이건 벌브 일체형으로 되어 있습니다. 그런 것들은 편하게 쓰고 버리면 됩니다.

 

주사기(syringe)

 

실험을 하다 보면 주사기를 종종 씁니다. 공기와 만나면 안되는 시료들은(보통 물이나 산소와 반응하는 것들을 이렇게 보관해요) 고무마개를 씌워 밀봉한 채로 보관하는데요. 그 고무마개 안으로 찔러넣어서 시료를 채취할 때 씁니다. 시료가 담긴 병이 클 때는 아주 긴 바늘을 이용하기도 해요.

 

주사기는 시료를 넣거나 빨아들이는 속도를 조절하고 싶을 때도 사용하는데요. 주사기 펌프라는 도구에 끼워서 사용합니다.

 

주사기 펌프는 이렇게 생겼어요 출처 : misumi

깔대기(funnel)

 

기본적인 깔대기는 원뿔형태로 생겨서 좁은 입구를 가진 기구에 물질을 편하게 넣기 위해 사용하는 도구입니다. 또는 고체와 액체가 섞여있을 때 고체를 거르는 데에도 사용하는데요. 거름종이를 컵라면 먹을 때 뚜껑으로 임시 그릇을 만들듯이 접고 안쪽에 끼워넣어 벌려서 사용하면 됩니다.

 

그렇다면 기본적이지 않은 깔대기도 있냐고 물으신다면 있습니다. 뷰흐너깔대기라고 하는 녀석인데요. 이는 보통 감압거름장치에 사용합니다. 깔대기 안에 구멍뚫린 판이 있는 모양으로 생겼고 아래쪽에 끼울 수 있는 고무마개가 있어요.

 

삼각플라스크(목이 넓고 호스를 끼울 수 있는 가지가 달린 것을 씁니다.) 위쪽에 뷰흐너 깔대기를 꽂고 거름종이를 올린 뒤, 거르고자 하는 물질을 부어서 사용합니다. 감압을 하지 않으면 용액이 내려가는데 시간이 걸리는데, 이를 줄이고 편하게 사용할 수 있지요.

 

분별깔대기라는 녀석도 있습니다. 영어로 separatory funnel 이라 짧게 말할때 셉퍼넬이라고 부릅니다. 열기구처럼 생겨서 밸브가 달린 콕과 위에 뚜껑이 있는 녀석인데요. 섞이지 않는 두 물질을 분리할 때 씁니다.

 

밸브를 잠그고 액체를 넣은 뒤 뚜껑을 닫고 흔드는데요. 흔드는 도중에 뒤집어서 콕을 위로 하고 밸브를 한 번씩 열어 가스를 제거해야 합니다. 액체가 튈 수 있으니 사람이 없는 방향으로 해야 해요. 충분히 흔든 뒤 스탠드에 고정하고 액체가 안정적으로 분리되는 것을 기다린 뒤, 콕을 열어서 아래쪽을 빼 낼 수 있습니다. 

 

아래쪽과 위쪽 중 어느쪽의 순도가 중요한지에 따라 경계면을 조금 빼낼 것인가 조금 남겨둘 것인가 결정해야 해요. 이 때 마개를 닫아두면 콕을 열어도 액체가 나오다 마는 것을 알 수 있습니다. 오오 과학의 신비... 는 무슨, 스스로 바보같다 자책을 하게 될 수 있으니 조심하세요.

 

손에 들지 않고 쓰는 것

 

그렇다면 손에 들고 쓰지 않는 것 중 자주 쓰는것들은 뭐가 있을까요?

 

뷰렛(burette)

 

뷰렛은 반응이 끝날 때까지 들어가는 액체의 양을 알고싶을 때 사용하는 도구입니다. 길쭉하게 생긴 유리관 아래 밸브가 달린 형태로, 스탠드에 클램프를 이용해서 뷰렛을 고정하여 쓰게 됩니다. 뷰렛 아래 반응할 용기를 두고 아래 있는 밸브를 돌려서 아래쪽 콕을 여닫아서 시약을 넣는 방법으로 사용합니다. 용량은 10mL 부터 100mL까지 있습니다.

 

시약을 넣을 때 위쪽의 입구로 시약을 부어야 하는데, 좁기 때문에 깔때기를 사용합니다. 이 때 깔때기에서 아래로 떨어지는데 시간이 걸리기 때문에 한 번에 많이 부으면 천천히 들어가다가 결국 넘치는 대 참사가 일어날 수 있으니 주의해서 넣어야 합니다. 그리고 클램프에 뷰렛을 고정 한 채 팔을 위로 쭉! 뻗어서 넣는 경우 시약이 튀어 위험할 수 있으니, 꼭 아래로 내려서 눈높이 아래에서 넣어야 합니다. 또한 넣기 전 밸브가 잠겼는지도 꼭 확인해야 해요. 그렇지 않으면 넣는 족족 아래로 흘러내려 또 대 참사가 일어날 수 있습니다.

 

고작 시약을 넣는 단계인데 일어날 수 있는 참사가 참 많지요? 이제 참사까진 아니고 재실험을 할 수 있는 위험을 나열해 봅시다. 뷰렛에 시약을 넣은 후, 조금 씩 가하면서 반응을 진행해 볼 때, 처음 해야하는 일은 빈 용기에 시약을 일부 따라 내야 합니다. 콕 끝을 채우기 위함인데요. 그렇지 않으면 밸브 아래 있는 콕은 처음에 비어있는데, 반응이 끝날 때는 꽉 찬 상태로 끝나게 되어 비었던 공간 만큼 오차가 발생합니다. 

 

따라서 처음에 시약을 조금, 그렇지만 과감하게 빼 내서 콕을 꽉 채워야 해요. 밸브를 조금만 열면 공기방울이 잘 밀려나지 않아서 오히려 더 많이 빼내야 될 수도 있답니다. 이제 반응 시작인데요. 시작 하기 전 뷰렛의 눈금을 읽는 것을 잊지 말아야 합니다. 그렇지 않으면 힘들게 반응을 끝낸 뒤 눈금을 읽어도 총 부피를 알 수가 없답니다.

 

자석젓개 (stirring bar)와 핫플레이트

 

 

자석젓개 (좌) 와 핫플레이트(우, 출처: coleparmer)

자석 젓개는 알약 같이 생긴 것을 가장 많이 쓰는데 모양만으로는 대체 뭐에 쓰는 건지 짐작이 잘 가지 않습니다. 이녀석의 정체는 작은 자석입니다(이름에서 스포...). 그리고 용액을 젓는 일을 하지요(역시 이름에서 스포...). 사이즈는 1cm부터 10cm까지 있습니다. 자석젓개는 실험할 때마다 비커만큼이나 당연스레 사용되는 도구인데요. 실험을 해보지 않은 사람들은 의외로 잘 모릅니다. 첫학기 일반 화학 실험에 오면 편한 걸 놓아두고 유리막대를 애용하는 귀요미들을 많이 볼 수 있어요.

 

자석젓개는 가열과 교반을 할 수 있는 핫플레이트라고 부르는 장치와 함께 쓰는데요. 핫플레이트 위에 비커, 플라스크 등을 놓고 그 용액 안에 깨끗이 씻은 자석젓개를 넣어줘요. 그리고 stirring이라고 써있는 다이얼을 돌리면 작은 알약이 돌아가기 시작합니다. 교반기 안 쪽의 자석이 돌아가면서 위에 있는 스터링바도 자력을 받아 돌아가는 것이지요. 따라서 힘들게 유리막대로 젓지 않아도 됩니다. heating이라고 쓰인 다이얼을 돌리면 아래의 판이 뜨거워지고, 따라서 가열과 교반을 하나로! 할 수 있습니다.

 

스터링바는 실험실 안에 있는 것 중 가장 잃어버리기 쉬운 물건일 겁니다. 실험이 끝나고 건져내는 것을 잊는 경우가 많아요. 학부 실험에서 실수로 용액과 같이 폐수통에 버리는 경우, 이상한 냄새가 나는 갈색 물이 찰랑거리는 폐수통 안에 끝에 자석이 달린 막대기를 넣고 휘저어서 꺼내야 합니다. 분명 빠뜨렸다고 보고를 받은건 하나인데 여러 개가 딸려 나오는 경우가 많아요. 오늘도 조교는 고통받습니다.

 

몇 가지 초자들에 대해서 설명해보았는데 어떠셨나요? 비슷해 보이는것도 쓸모가 용도가 다르고, 달라보이는 것도 비슷하지요? 이들 외에도 단순하게 생긴 다양한 도구들이 있고, 아주 멋있고 복잡한(비싸고 설명하기 어려운) 것들도 일상적으로 이용하고 있습니다. 이웃집 화학자가 실험을 할 수 있게 해주는 고마운 것들이지요. 이웃집 화학자는 다시 실험하러 간답니다. 다들 행운을 빌어주세요!

 

<외부 필진 콘텐츠는 이웃집과학자 공식 입장과 다를 수 있습니다>

 

서강대학교 화학과 석사과정 김진솔(ijinsol@gmail.com)

이웃집 필진

 


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