안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
평소 조건에서는 거의 안 섞이지만, 절대 불변은 아니에요.
물과 기름이 따로 노는 건 서로 밀어내서가 아니라 물 분자끼리 너무 강하게 끌어당겨서예요. 물 분자는 한쪽이 +, 한쪽이 −를 띠어서 서로 수소 결합으로 단단히 붙어 있어요. 전기적으로 치우침이 없는 기름 분자가 끼어들면 이 결합이 끊어지니까, 물은 기름을 밀어내고 자기들끼리 뭉치는 쪽을 택해요. 그래서 기름이 따로 모여 층을 이뤄요.
그런데 몇 가지 경우에는 섞여요. 먼저 아주 조금은 실제로 녹아요. 녹는 양이 0에 가까울 뿐 0은 아니에요. 두 번째는 세제 같은 유화제를 넣을 때예요. 세제 분자는 한쪽 끝은 물을, 다른 쪽 끝은 기름을 좋아해서 기름 방울을 감싸 물속에 잘게 흩어놓아요. 설거지할 때 기름기가 씻겨 나가는 게 이 원리고, 달걀노른자가 유화제 역할을 하는 마요네즈나 우유도 기름이 물속에 고르게 퍼진 상태예요. 세 번째는 온도와 압력이 아주 높을 때예요. 물을 374℃, 약 220기압 이상으로 만들면 초임계수라는 상태가 되는데, 이때는 수소 결합이 약해져서 기름과도 잘 섞여요 :)