[과학-화학] 세제의 원리 : 극성과 비극성, 계면활성제, 미셀에 대해서

 

우리는 옷을 입고 세탁기에 넣는다. 이때, 우리는 세제를 넣고 세탁을 한다. 그렇다면 세제는 어떻게 작용하는 것일까? 오늘은 세제의 원리에 대해서 알아보도록 하자.

 

 

1. 극성과 비극성

 

우선 계면활성제를 이해하려면 극성과 비극성에 대해서 이해를 해야한다. 극성분자의 경우는 전기음성도 차이로 어느 한쪽은 부분적인 양전하(δ+)를, 다른 쪽은 부분적인 음전하(δ-)를 띈다. 대표적인 물질이 바로 물이다.

 

 

<물분자>

 

물분자(H2O)는 산소(O)가 수소(H)보다 더 큰 전기음성도가 크다 그래서 부분적으로 수소의 전자쌍을 끌어당겨 산소는 약간의 음전하(δ-)를 수소는 양전하(δ+)를 띄게 되는 것이다.

 

 

하지만 기름의 경우는 비극성이다. 전기적으로 전기음성도 차이가 없거나 그 합이 0인경우이다. 이러한 성질은 매우 중요하다.

 

보통 비극성 물질과 비극성 물질은 잘 섞이지만 극성과 비극성 물질의 경우는 잘 섞이지 않는다. 흔히 말하는 물과 기름이 섞이지 않는 이유가 바로 이러한 점 때문이다.

 

2. 계면활성제

 

<일반적인 계면활성제의 구조>

 

세제는 안에는 계면활성제라는 것이 들어있는데 계면활성제는 물과 친한 부분, 기름과 친한 부분을 두 가지 모두 가지고 있는 물질이다.

 

 

이때 물과 친한 부분을 친수성, 기름과 친한 부분을 친유성이라고 한다. 이때, 친수성은 극성이며 친유성은 탄소원자가 길게 연결되어있는 부분으로 경우는 비극성이다. 또한 친수성 부분을 흔히 머리, 친유성 부분을 꼬리라고 한다.

 

3. 미셀

 

 

그럼 이제 세탁기에 옷을 넣고 계면활성제가 포함된 세제를 넣고 세탁하는 과정을 생각해보자. 우선 우리 옷에 묻는 먼지나 오염물의 경우는 대부분 기름성분이다. 따라서 계면활성제의 머리와 꼬리는 친수성, 친유성에 따라 위치를 달리한다. 친수성인 머리 부분은 바깥으로 친유성인 부분은 때가 있는 부분으로 향하게 된다.

 

 

 

<미셀>

 

이 과정에서 형성되는 회합체를 미셀이라고 하는데 실제 세탁을 하면 수십개의 미셀이 콜로이드를 형성해서 분산하고 있다. 앞서 말했듯, 미셀에 안쪽에는 친수성 부분이 기름을 감싸고 있다. 그러나 친수성인 부분은 극성인 물부분으로 향하게 된다. 이것 덕분에 물과 기름이 분리되면서 세탁이 되는 것이다.

 

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