순수한 소금과 염분(鹽分)의 차이

공기와 물의 고마움을 의식하지 않고 살아가듯이 사람들은 소금의 은혜도 모르고 지낸다. ‘빛과 소금’, ‘사회의 소금’, ‘소금 같은 사람’ 등의 격언은 수시로 사용된다. 또 소금과 연관된 수많은 속담들도 있다. 인류는 매년 2억 5,000만 톤 이상의 소금을 소비하고 있다.

소금, 염(염분), 염화나트륨의 차이

바닷물을 건조시켰을 때 남는 흰색의 고체 물질을 소금(salt)이라 한다. 잘 알고 있듯이 이 소금에는 주성분인 염화나트륨(NaCl) 외에 칼륨, 마그네슘 등 여러 가지 무기물 성분이 포함되어 있다. 그래서 소금을 염(鹽) 또는 염분(鹽分)이라 말한다. 영어에서도 salt는 순수한 NaCl이 아니라 염분을 뜻한다.

해수 속의 무기염들은 이온화된 상태 즉, Na +, Cl -, Mg 2+, SO4 2-, Ca 2+, K +처럼 이온으로 존재한다. 그리고 해수의 산성도(pH)는 약산성인 7.5–8.4이다. 대기 중의 이산화탄소 농도가 높아짐에 따라 해수 속으로 CO2가 더 많이 녹아들어 탄산(H2CO3)으로 되기 때문에 해수가 점점 산성화되는 것을 염려하기도 한다.

지구상에 존재하는 물의 96.5%는 바다에 있고, 나머지가 민물(담수淡水)이다. 해수(海水)의 총량을 톤으로 나타내면 1.35에 0을 18개 붙인 양이다. 이는 지구 전체 무게의 4,400분의 1, 즉 0.02%이다. 지구에 어떻게 이토록 많은 물이 존재하게 되었는지, 그 이유는 확실히 모르고 있다. 다만 지구가 탄생하던 시기에 얼음이 많은 혜성이나 물을 가진 원시행성(protoplanet)이 지구에 떨어졌을지 모른다는 이론이 있을 뿐이다.

바다 표면의 염분 정도를 나타낸다. 바닷물 1kg에는 3.1-3.8g(평균 3.5%)의 소금(염)이 녹아 있다. 소금의 농도(염도鹽度)가 유난히 높은 바다는 사막으로 둘러싸인 홍해이고, 낮은 바다는 큰 강이 흘러나오는 아마존강 하구(河口) 근처나 북극의 빙하가 녹아 내리는 바다이다. 한편 깊을수록(수압이 높은 곳일수록) 그곳의 염도는 올라간다. PSU는 Practical Salinity Scale(실재 염도)의 약자이며, 1,000을 기준치로 한다.

해수에는 나트륨과 염소 외에 많은 종류의 물질이 녹아 있다. 염분 전체를 100으로 했을 때, 염소는 55%, 나트륨 30.6%, SO4 7.7%, Mg 3.7%, Ca 1.2%, K 1.1% 그리고 우라늄을 포함한 기타 미량 염분이 0.7%이다. 순수 소금(순소금, 염화나트륨)의 비율은 85.6%이므로, 해수에 포함된 순소금만의 농도는 3%이다. 즉 해수 1리터 속에는 약 3g의 염화나트륨이 포함되어 있는 것이다.

바다 표면의 물은 수온이 낮을수록 밀도가 크다. 도표는 물의 온도(temperature)에 따른 밀도(dencity), 밀도에 따른 염도(salinity)를 동시에 보여준다. 즉 수온 5℃의 밀도는 1.0256이고, 염도가 3.6%인 해수의 밀도는 1.0290이다.

해수에는 왜 염분이 대량 포함되어 있나?

바닷물에 온갖 염분이 녹아 있는 이유를 과학적으로 처음 설명한 사람은 햴리혜성을 발견한 영국의 천문학자 에드먼드 핼리(Edmond Halley 1656-1742)이다. 그는 1715년에 ‘바닷물이 염분으로 가득한 이유는, 40억 년 이상 동안 육지의 흙과 암석에 포함된 무기물이 빗물에 녹아 바다로 흘러들었기 때문’이라고 설명했다. 그리고 사해(死海)는 강물이 바다로 나가지 못하고 고인 상태로 증발된 때문이라고 했다. 사해의 염분 농도는 바닷물의 약 10배인 34.2%이다.

핼리의 이러한 설명은 일부 옳지 않은 면도 있다. 바닷물 속의 나트륨 등은 육지에서만 아니라 광대한 해저의 암반(巖盤)에서도 녹아 나왔으며, 염소(Cl)와 황(S)은 해저 화산에서 분출되는 염산(HCl)과 황산(H2SO4)에서 유래한 것이다.

해수에는 왜 나트륨과 염소가 가장 많은 녹아 있나?

지각에는 규소, 알루미늄, 철, 칼슘, 망간, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 순으로 많이 포함되어 있다. 그런데 해수에 포함된 각종 염들의 농도는 이와 다르다. 그 이유는 각 물질의 용해도(溶解度)의 차이도 있지만, Si(규소)는 해수에 사는 식물플랑크톤(규조)이 흡수하여 그들의 세포벽을 만들고 있고, Ca는 조개, 굴, 유공충과 같은 석회동물이 흡수하여 껍데기 성분으로 이용하고 있다.

천일염과 암염은 성분이 다른가?

바닷물을 증발시켜 얻는 염분을 천일염(天日鹽, sea salt, solar salt)이라 한다. 천일염 생산에 대한 기록은 기원전 5세기의 중국에서 시작된다. 오늘날 식용으로 팔고 있는 소금은 대부분 천일염이다. 같은 천일염이지만, 생산회사에 따라 다른 가공(加工) 과정을 거치기 때문에 포함된 무기염의 양에 조금씩 차이가 있다.

타일랜드의 소금밭 광경이다. 천일염은 기온이 높고 건조한 지방에서 주로 생산하고 있다. 식용 소금 중에 검은색 소금은 소량의 활성탄(活性炭 숯가루)을 혼합한 것이며, 식탁을 장식하는 조미료이다.

암염(巖鹽 rock salt, mine salt, halite)은 지하의 소금광산에서 산출된 소금이다. 암염을 깨끗하게 정제한 것을 식탁소금(table salt)이라 하며, 식탁소금을 생산할 때는 인위적으로 요드(iodine)를 추가로 혼합하여 갑상선에 도움이 되도록 한다.

암염광산에서 채굴한 암염을 흔히 ‘핼라이트’(halite)라 부르기도 한다. 핼라이트는 원래 백색이거나 무색이지만, 불순물이 포함되어 있으면 성분에 따라 여러 가지 색을 띤다. 핼라이트는 정6각형의 결정을 형성한다. 세계 최대의 암염광산인 캐나다의 십토(Sifto) 광산에서는 매년 700만 톤의 암염을 채굴한다.

관광객을 위해 전시용으로 꾸민 암염광 모습이다. 고대에 소금호수가 말라버려 형성된 암염에는 불순물이 많이 포함되어 있기 때문에 정제(精製)하여 식용 소금으로 만든다. 따라서 값이 천일염보다 조금 비싸다.

조명과 안전시설이 된 파키스탄의 암염광 내부이다. 암염광은 붕괴사고가 자주 나기 때문에 과거에는 포로나 죄수들이 채굴작업을 했다고 한다.

순소금은 나트륨과 염소가 1:1로 결합하고 있다. 그러나 무게로 따지면, 100g의 순소금은 39.34g의 나트륨과 60.66g의 염소가 이온결합하고 있다. 소금은 인간에게 생리적으로, 조미 식품으로, 산업자원으로 너무나 중요한 물질이다.

바다 전체에 용해된 소금을 전부 건져내어 무게를 잰다면 엄청날 것이다. 바닷물에 염분이 이렇게 많이 포함된 것은 너무나 다행하다. 고농도의 염분으로 인해 바닷물에는 부패균이 번식하지 못하기도 하지만, 인류를 비롯한 모든 생명체는 소금으로 체액(體液)을 건강하게 유지한다. 한편 인류는 소금으로부터 온갖 화학물질을 생산하고 있다. – YS

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