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계면활성제의 작용
1.계면흡착과 표면장력의 저하
2.미셀 형성과 가용화
3. 유화와 분산
계면흡착과 표면장력의 저하
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계면활성제를 물에 녹이면,
소수기(친유기) 부분은, 물과 친숙해지기 어렵기 때문에 물로부터 도망치려고 합니다.
그렇게 해서, 물의 표면에서는, 소수기가 공기 쪽으로 향하여 줄을 섭니다(아래그림).
또, 용기와 물과의 경계선에서는, 소수기가 용기 쪽으로 향해서 줄을 섭니다.
물속에 기름이나 고체가 있으면, 소수기를 향합니다. |
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그림 ：계면활성제의 계면에의 흡착
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이와 같이, 계면활성제는,
물과 공기의 경계선이나, 물과 고체의 경계선, 물과 기름의 경계선과 같은 계면에 흡착하는 성질이 있습니다. 계면에 흡착 결과, 계면의 성질이 여러 가지로 변화합니다.
계면성질의 변화중 하나는,
표면장력의 저하가 있습니다.
표면장력이라고 하는 것은, 간단하게 말하면, 물방울이 둥글게 되려고 하는 힘,
즉, 계면의 면적을 가능한 한 작게 하려고 하는 힘입니다.
이 표면장력이 작아지면, 물방울이 별로 둥글게 되지 않고 퍼지므로, 젖기 쉬워져,
씻기 위해서는 적당한 상태가 됩니다.
계면활성제의 농도를 올리면, 표면장력이 점점 작게 됩니다. 그리고, 한층 더 농도를 올리면,
마침내 계면이 모두 계면활성제의 분자에 덮여 버려, 더 이상 계면에 흡착할 수 없게 됩니다. |
2. 미셀 형성과 가용화
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계면활성제 분자가 더 이상 계면에 흡착할 수 없게 되고, 한층 더 계면활성제의 농도를 올리면 어떻게 될까요?
물로부터 도망치려고 하는 소수기(친유기)는, 더이상 흡착할 수 있는 계면이 없기 때문에,
소수기(친유기) 끼리 모이고 물을 피할 수 밖에 없습니다.
이렇게 하면,
계면활성제 분자는, 소수기(친유기)를 안쪽에, 친수기를 외측(물이 있는 측)으로 향하여, 모이기 시작합니다.
이 계면활성제의 집합체를 미셀이라고 부릅니다. 그리고,
미셀이 생기기 시작하는 농도를, 임계 미셀 농도(critical micelle concentration, ; C.M.C)라고 부릅니다.
미셀은, 중심부가 소수성, 즉 기름과 친숙해지기 쉬운 성질이므로, 물에 녹기 어려운 유성의 물질을,미셀의 내부에 넣을 수 있습니다.
이 현상을 【가용화】라고 부릅니다. 가용화는, 세정에 기여하는 계면활성제의 기능중 하나입니다. |
3. 유화와 분산
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물과 기름을 혼합해 져어주면, 일시적으론 섞이지만, 곧바로 분리되고 맙니다.
그런데 , 거기에 계면활성제를 넣어 져어주면, 희게 탁해진 것처럼 되면서 섞여 버립니다.
이 현상을 『유화』라고 합니다.
물과 기름사이의 계면에는, 표면장력이 작용하고 있습니다.
섞여 있을 때는, 물속에 많은 기름 방울이 있어서, 계면의 면적이 매우 넓어지고,
표면장력이 강하면 계면의 면적은 가능한 한 작아지려고 하므로,
물은 물끼리, 기름은 기름끼리 모이고, 계면의 면적을 최소로 합니다.
그런데, 계면활성제가 녹아 있으면, 표면장력이 작아지므로,
많은 기름 방울이 생겨 계면의 면적이 넓어도, 안정되게 됩니다.
유화하고 있을 때, 기름 방울과 물 사이의 계면에는, 소수기는 안쪽(기름방향)에, 친수기는 외측(물 방향)으로 향해, 계면활성제의 분자가 흡착하고 있습니다.
『가용화』와 닮아 있습니다만, 기름 방울은 미셀보다 훨씬 크고, 눈에 보이는 알갱이 이므로,
기름이 『가용화』하고 있는 액은 투명하게 보이고, 기름이 『유화』하고 있는 액은 희게 탁해져 보이는 차이가 있습니다.
유화와 닮은 현상으로,『분산』이라고 하는 것이 있읍니다.
단단한 고체의 입자를 물에 넣어 져어주면, 기름으로 할 때와 같이, 입자들 끼리 모이고,
계면활성제를 넣어 져어주면, 입자의 주위에 계면활성제의 분자가 흡착하고, 물속에 흩어져 안정이 됩니다. 이 현상을 『분산』이라 말합니다.
※【유화와 분산】은, 더러움을 빼는데 있어서 매우 중요한 기능입니다. |
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