배타 구역과 전하에 대해 알아본다

배타 구역이 서로 반대의 하전을 띠는 집단으로 이루어져 있다.

배타 구역은 일상적인 물에서 형성되었다. 중성인 물이 호전된 배타 구역이 되기 위해서는 어딘가에 반대의 하전을 띤 두 개의 극이 동등하게 존재해야 한다. 그렇지 않으면 전하의 보존 법칙에 위배된다. 따라서 배타 구역 너머에 반대로 호전된 구역이 있다고 생각할 수 있다. 배타 구역이 음으로 호전되면 그에 상응하는 양의 전하가 어딘가에 있어야 한다. 이 영역은 많은 양성자를 확보해야만 한다. 양성자의 농도가 높다는 것은 pH가 낮다는 말이다. 양성자가 쇄도하는 역동적인 상황을 구체화하기 위해서는 pH 탐심을 사용하면 된다. 탐침은 작아서 배타 구역 중심 부분으로부터 떨어진 거리에 따라 측정할 수 있다. 양성자의 문제는 중요한 부분이기 때문에 또 다른 양성자 탐구 도구인 pH에 민감한 염색약을 사용한다. 리트머스 종이와 마찬가지로 이들의 색상은 변한다. 배타 구역 근처에서는 붉고 오렌지색이 나온다. 검량선을 확인하면 pH가 3 혹은 그 이하임을 알 수 있다. 이건 양성자가 매우 많다는 것이다. 배타 구역에서 벌어지면 값이 올라가지만 그렇게 극적이지는 않다. 배타 구역 바로 근처의 물에는 많은 양의 양성자가 존재한다는 것이다. 더 확인해 보고자 그들은 염색액 결과 말고 컴퓨터를 이용해 양성자의 숫자를 알아보려고 했지만 정확한 수치를 알 수 없었다. 후에 이들은 방출된 양성자를 추적하는 방법을 찾아냈고, 배타 구역에 가까운 물이 거의 연속적으로 재생되는 장치였다. (나피온 관을 사용했다.)관 안쪽에는 고리 비슷한 배타 구역이 만들어졌고 양성자를 중심 방향으로 끊임없이 방출해냈다. 관을 따라 신선한 물을 공급함으로써 중심부의 양성자도 계속 재생시킬 수 있었다. 관 모양의 배타 구역은 관의 겔에 달라붙으려는 경향이 있기 때문에 관 안에서의 흐름은 주로 중심부를 따라 일어난다. 그들은 관 밖으로 나와는 물의 pH가 들어가는 것보다 낮음을 확인했고 관을 따라 흐르는 양성자가 줄어들면 없이 상당 시간 계속된다는 점을 알게 되었다. 또 그들은 미소 구체의 현탁액에서도 양성자가 방출된다는 점도 확인했다.

 

배타 구역의 분리된 전하가 배터리처럼 행동할 수 있다면 전기적 에너지를 회수할 수도 있을 것이다. 전극 하나를 배타 구역에 위치시키고 다른 하나를 배타 구역 너머에 집어넣은 다음 이 두 전국을 저항계에 연결하여 전류를 측정하면 전류의 흐름으로 나타난 저장된 전하를 확인할 수 있다. 따라서 분리된 전하는 단지 배타 구역이 생기면서 발생한 우발적이고 아니라 분리된 전하는 횟수 될 수 있는 것이다. 배타 구역이 음의 하전을 띠고 일반적인 물은 양의 하전을 띤다고 볼 수 있다.

분리된 전하는 다시 결합하려고 경향이 강하다. 그런데도 분리된 채로 남아 있는 이유는 이 전하가 거꾸로 돌아가 반대의 전하를 띤 물질과 결합하지 못하게 배타 구역의 밀집된 격자가 막고 있기 때문이다. 이런 격리에 의해 전위차 에너지가 유지되는 것이다. 이 차이는 '100~200'밀리 볼트에 이루지만 각각의 구역은 전하로 빽빽하다. 회수할 수 있는 에너지가 많은 것이다. 물에 기초한 배터리는 친수성 표면이 물과 마주하고 있는 곳이면 어디에서나 찾아볼 수 있다. 세포 내부를 예로 들어보면 친수성 표면을 가진 물질들이 꽉 차 있고 이들은 주변의 물을, 배타 구역으로 조직화한다. 따라서 세포는 수없이 많은 나노 배터리를 가지고 있는 셈이다. 물 배터리는 수용액과 현탁액에서도 존재하고 물통 안에서도 배타 구역에 기초한 전하의 분리 현상을 부분적으로 관찰할 수 있다. 오늘 여기서 나온 용어에 관해 설명하고 마무리하려고 한다.

격자(lattice): 어떤 유역이나 공간에 입자 혹은 물체가 주기적이고 규칙적으로 배열된 모습이다. 이온이나 분자가 결정 구조를 이룰 때 사용한다. 물 분자: 수소 원자 두 개와 산소 원자 한 개로 구성된다. 계면 배터리: 배타 구역과 일반적인 물의 구역을 동시에 갖는 배터리이다. 각각의 구역은 다르게 화전 되어 있으며 이들 구역은 배터리처럼 서로 분리되어 있다. 일반적인 물: 물 분자가 모여 있는 것으로, 이들이 비치되어 있는지는 논란이 많은 부분이 있다. 전자와 양성자: 전자와 양성자는 전하의 기본적인 단위이다. 하나는 양성이고 다른 하나는 음성이지 때문에 이 둘은 서로 끌어당긴다. 전자와 양성자는 물에 관해 설명하는 데 있어서 중요한 역할을 한다. 

 

 

전문 서적을 참고하여 작성하였습니다.