케첩, 흔들어야 잘 나오는 이유 [주방 속 과학]

유리병에 들어있든 플라스틱 통 속에 있든 반 이상 케첩을 썼다면 꺼내기 위해 열심히 용기를 흔들고 용기 바닥을 쳐본 기억이 있을 것이다. 거꾸로 들고 있을 땐 마치 고체처럼 꿈쩍 않던 케첩이 흔들거나 치는 등 외력을 가하면 갑자기 액체처럼 입구 쪽으로 흐르곤 한다. 왜 케첩은 흔들어야 잘 나오는 걸까?

◇비뉴턴유체 케첩, 외력으로 수소결합 끊어줘야 흘러
케첩이 비뉴턴유체이기 때문이다. 뉴턴은 물체에 작용하는 힘에 따라 물체의 운동이 달라진다는 여러 가지 운동 법칙들을 발견했다. 물이나 주스 등은 온도가 변하지 않는 한 뉴턴의 운동 법칙대로 움직인다. 힘을 가하는 만큼 비례하게 흐르는 속도가 빨라진다. 이런 유체들을 뉴턴 유체라고 한다. 그러나 케첩은 뉴턴의 운동 법칙을 따르지 않는 '비'뉴턴 유체다. 힘을 가하면 갑자기 점성이 낮아져 흐르고, 힘을 가하지 않을 땐 점성이 높아져 흐르지 않는다. 감자튀김 위에 유체인 케첩을 흘릴 수 있는 것도 이런 성질 덕분이다.

그렇다면 비뉴턴 유체인 케첩은 어떻게 힘이 가해질 때만 액체처럼 흐를 수 있는 걸까? 고려대 화학과 이광렬 교수는 "토마토 섬유질을 이루는 고분자 사슬엔 -OH기가 많이 달려있다"며 "외부 힘이 없을 땐 고분자 간 수소 결합으로 큰 덩어리들이 만들어져 잘 흐르지 않지만, 외부에서 힘을 가하여(케첩 병을 탁 쳐서 힘을 전달하여) 수소 결합을 끊어주면 케첩이 더 잘 흐르게 된다"고 했다. 수소결합은 이웃한 분자의 수소 원자 사이에서 생기는 정전기적인력이다.

◇흔들고, 뒤집고, 기울여야
케첩을 적당히 짜는 방법도 따로 있다. 우리나라에서 많이 판매하는 형태인 플라스틱 용기는 그나마 양 조절을 하기 편하다. 그러나 유리병에 있는 케첩을 먹을 땐 힘 조절을 하지 않으면 갑자기 케첩이 액체처럼 콸콸 나와 손이나 옷이 엉망이 되기도 한다.

호주 멜버른대 화학공학과 앤서니 스틱랜드(Anthony Stickland) 박사는 케첩의 이런 성질을 연구해, 유리병에 든 케첩을 적당히 짜는 방법을 발표했다. 먼저 뚜껑을 닫은 상태로 케첩을 잘 흔들어줘야 한다. 제대로 균질화돼 있지 않으면 액체 성질로 바뀌는 현상이 갑자기 일어날 확률이 커지기 때문이다. 흔들다가 병을 거꾸로 뒤집어 입구에 케첩이 모이도록 한다. 마지막으로 병을 45도 기울인 후 병 바닥을 부드럽게 두드린다. 스틱랜드 박사는 "비뉴턴 유체도 일단 흐르기 시작하면 속도가 빨라질수록 점도가 감소한다"며 "용기에 케첩이 얼마나 남았느냐에 따라 다른데, 처음엔 부드럽게 살살 치다가 비어있을수록 두드리는 힘을 키워 케첩을 꺼낸다"고 했다.