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물과 기름이 섞이지 않는 이유

자본주의과학자 2020. 8. 21. 22:55

물과 기름이 섞이지 않는 이유

물과 섞이지 않는 기름

물과 기름은 섞이지 않습니다. 이는 모두가 다 아는 당연한 사실입니다. 그렇다면 왜 물과 기름은 섞이지 않을까요? 이를 화학적으로 답한다면, 물윽 극성 분자이며 기름은 무극성 분자이기 때문에 서로 섞이지 않습니다.

기름은 대부분 탄소와 수소로 구성된 분자인데, 탄소와 수소는 전자를 끌어당기는 힘인 전기음성도가 유사한 원소입니다. 이 때문에 기름 분자는 분자 전체에 전자가 고르게 분포되어 있어 양전하를 띄는 부분과 음전하를 띄는 부분이 나뉘지 않는 무극성 분자입니다.

비극성(무극성) 분자의 정의와 예

비극성 또는 무극성 분자(Nonpolar molecule)는 전하의 치우침(분리)가 없기 때문에 상대적인 +극(양전하)과 -극(음전하)이 형성되지 않는 분자를 의미합니다. 즉, 비극성 분자의 전하는 분자 전체에

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물 분자를 구성하는 산소와 수소의 경우 전기음성도가 서로 다릅니다. 산소는 수소보다 전기음성도가 더 높아, 즉 전자를 더 세게 잡아당겨 산소쪽이 (-)극이 되고 전자를 덜 잡아당기는 수소쪽이 (+)극이 되어 한 분자 내에 두 개의 극이 존재하는 극성 분자가 됩니다.

물은 극성 분자이며 기름은 무극성 분자이기 때문에 서로를 잡아당기는 전기적 힘의 차이가 발생합니다. 따라서 극성이 서로 다른 물과 기름은 서로 섞이기보다는 극성 분자인 물은 물끼리, 비극성 분자인 기름은 기름끼리만 섞이게 됩니다.

그렇다면 왜 극성 분자와 비극성 분자는 서로 섞이지 않을까요? 물은 수소 결합에 의해 물 분자 사이에 상대적으로 강한 분자간 힘으로 결합되어 있습니다. 기름이 물에 용해되기 위해서는 물의 수소결합을 끊어야 하는데 비극성 분자인 기름은 극성 부분이 없으므로 물의 수소결합을 끊고 섞일 수가 없는 것입니다.

이렇게 서로 섞이지 않는 극성 분자와 비극성 분자의 경계를 활성화시켜 서로 섞일 수 있게 하는 물질을 계면활성제라고 합니다. 우리가 일상생활에서 가장 쉽게 볼 수 있는 계면활성제는 바로 비누입니다. 물로만 씻을경우 기름으로 이루어진 오염물질이나 자국이 지워지지 않지만 계면활성제인 비누를 사용하면 계면활성제에 의해 기름으로 이루어진 오염물질이 물에 녹아 제거됩니다.

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"물과 기름은 왜 섞이지 않을까요"

서로 앙숙이거나 잘 맞지 않는 두 사람의 관계를 물과 기름이라고 표현하기도 하는데요. 그 이유는 물과 기름은 아무리 흔들어도 잘 섞이지 않기 때문입니다. 그렇다면, 왜 물과 기름은 서로 섞이지 않을까요?

액체는 성질에 따라 서로 섞이는 것도 있고 섞이지 않는 것도 있는데요. 기름(이산화탄소)과 물은 성질이 다르기 때문에 섞이지 않습니다.

물 분자(H2O)
H는 수소로 +극의 성질을 가지고 있으며, O는 산소로 -극의 성질을 가지고 있습니다.
수소 원자 2개와 산소원자 1개가 결합하여 물을 만듭니다.

이산화탄소 분자(CO2)

+극의 성질을 가지고 있는 탄소와 -극의 성질을 가지고 있는 산소가 만나 이산화탄소를 만듭니다.

물은 극성이라는 성질을 가지고 있으며, 기름은 무극성이라는 성질을 가지고 있기 때문이죠. 극성과 극성끼리, 무극성과 무극성끼리는 잘 섞이지만 극성과 무극성 물질은 잘 섞이지 않습니다.

물과 기름이 섞이지 않는 또다른 이유로는 밀도와 관계가 있습니다. 밀도는 일정한 면적이나 공간 속에 무엇이 빽빽이 들어 있는 정도를 말하는데요. 일정한 공간 안에 무언가가 가득하다면 밀도가 높은 것이라고 생각하면 됩니다. 기름과 물이 섞이면 경계면이 생기면서 물 위에 기름이 둥둥 떠다니는 것을 본 적이 있을텐데요. 기름이 물 위에 뜨는 이유는 물은 밀도가 크고 기름은 밀도가 작기 때문에 물과 기름이 섞이면 밀도가 작은 기름이 물 위에 뜨는 형태가 만들어지게 되는 것이랍니다.