안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
고무가 뛰어난 탄성을 유지할 수 있는 비밀은 특유의 독특한 분자 구조와 열역학적 법칙에 있습니다. 식물에서 얻는 천연고무는 수많은 탄소와 수소 원자가 길게 연결된 사슬 모양의 고분자 물질로 이루어져 있습니다. 이 긴 분자 사슬들은 평상시에 마치 무작위로 엉켜 있는 실타래나 스파게티 면처럼 사방으로 꼬인 채 존재합니다.
이 상태에서 고무에 힘을 가해 잡아당기면, 제멋대로 구겨져 있던 분자 사슬들이 힘을 받는 방향을 따라 일직선으로 팽팽하게 펴지면서 길이가 길어지게 됩니다. 이때 힘을 빼면 고무는 순식간에 원래 모양으로 되돌아가는데, 이는 자연계의 모든 물질이 질서정연한 상태보다 무질서한 상태를 선호하는 성질인 엔트로피 법칙 때문입니다. 분자들 입장에서는 단정하게 펴진 상태가 매우 부자연스럽기 때문에, 힘이 사라지는 즉시 본능적으로 가장 편안하고 무질서한 엉킴 상태로 되돌아가려고 힘을 쓰게 됩니다.
하지만 단순히 분자들이 엉켜만 있다면 힘을 강하게 주었을 때 사슬이 미끄러져 풀려버리면서 형태가 완전히 망가지게 됩니다. 이를 방지하기 위해 고무에는 분자 사슬 사이사이를 단단하게 묶어주는 화학적인 연결 고리가 들어있습니다. 이 연결 다리들이 사슬이 완전히 떨어져 나가지 않도록 꽉 붙잡아주기 때문에, 고무는 아무리 늘어나도 끊어지거나 변형되지 않고 원래의 무질서한 상태로 완벽하게 복원되며 탄성을 유지할 수 있습니다.