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연필이 지우개로 지워지는 원리는 무엇인가요?

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.1. 종이재질의 표면은 겉보기는 매끈하게 보이지만 실제로는 많은 틈이 있어 먼지 같은 매우 가는 입자가 그 틈 속으로 끼어 들 수 있는 구조입니다.2. 손에 힘을 주어 글씨를 쓰면 연필의 흑연(흑연층)이 벗겨지면서 그 종이 표면의 수 많은 틈 사이로 흑연입자들이 파고들어 글씨가 완성됩니다.3. 그런데 이 틈에 끼여 있거나 부착된 흑연입자는 종이표면과 화학적인 결합이 아니라 물리적으로 부착된 형태이므로 이 종이 틈에 끼어있는 것을 잘 빼어 낼 수 있는 뭔가가 있으면 종이에서 제거가 가능한 것입니다.4. 지우개로 과거에는 천연 라텍스 재질의 고무를 사용하기도 하였습니다만 최근에는 검(gum)을 변성시킨 고무재질에 각종 안료를 좀 섞어 만드는 것으로 알고 있습니다. 지우개에 압력을 가하면서 종이에 부착된 흑연을 문지르면 흑연이 층상구조(종이 한 장, 한 장을 쌓아 올린 구조)이므로 옆에서 힘을 주면 잘 미끄러집니다. 이 미끄러진 흑연입자는 지우개의 구성물인 탄성이 있는 고무들 또는 고무입자들 사이에 잘 끼어 들 수 있습니다. 힘이 가해져 있으므로 이 흑연분말입자가 묻은 고무 지우개 조각들이 다시 그들끼리 말려 흑연입자가 밖으로 탈출하지 못하게 합니다. 반복적으로 지우개를 연필 흑연이 부착된 종이를 문지르면 이와 같이 종이 틈에 부착된 흑연입자들이 묻어 나옵니다. 이것은 화학적인 결합이 아닙니다. 하얀 솜으로 창틀의 먼지를 닦으면 그 먼지가 솜에 묻게 되는 것과 별반 차이가 없습니다. 물리적으로 흑연입자가 종이 표면에 있는 틈에 살포시 끼어 있는 것을 더 미세한 탄성을 가진 구멍이 있는 지우개가 움직이면서 지우개의 틈에 더 잘 부착되게 한다 입니다.5. 잉크가 스며 든 종이는 과정을 보면 종이 표면의 틈을 타고 종이 속의 더 크기가 작은 틈 속까지 잉크입자가 도달할 수 있기 때문입니다. 지우개는 입자가 커 종이 표면을 압력에 의해서 파지 않는 한 종이 속까지 도달할 수 없어 지우지 못합니다. 물론 전기화학적으로 물질들은 서로 당기거나 밀거나 하는 성질이 모두 있습니다 (화학반응이 아님). 이 영향도 무시 못하지만 여기서 논할 성격은 아니라 판단됩니다. 참고로 목탄(나무 태운 숯)으로 종이에 글 쓴 후 지우개가 지우면 잘 지워지므로 흑연의 성질 때문에 잘 지워진다는 말은 일부만 맞는 말입니다.6. 정리하면 지우개와 종이가 각 각 표면에 미세한 틈들이 있는 접착제라고 생각 해보세요… 이 지우개 분자들이 (전기화학적으로) 종이표면보다 끈적거리는 성질이 더 있기 때문입니다. 화학적으로 ‘종이보다 지우개가 흑연에 대해 흡착력이 더 세다’라고도 표현할 수 있겠군요.

학문 / 지구과학·천문우주

23.04.15

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