주방용 세제에 함유된 계면활성제 분자가 물의 표면장력을 감소시켜 식기 표면에 묻어 있는 미세한 먼지나 음식물 찌꺼기 틈새로 물이 잘 스며들게 하는 원리가 무엇인가요?

Question

주방용 세제에 함유된 계면활성제 분자가 물의 표면장력을 감소시켜 식기 표면에 묻어 있는 미세한 먼지나 음식물 찌꺼기 틈새로 물이 잘 스며들게 하는 원리가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

주방용 세제의 계면활성제가 물의 표면장력을 떨어뜨려 틈새까지 잘 스며들게 하는 원리는 분자의 친수성, 소수성 구조와 습윤 현상으로 설명할 수 있습니다.

​기본적으로 물 분자들은 서로 강하게 끌어당기는 수소결합을 합니다. 특히 표면의 물 분자들은 내부로만 잡아당겨져 표면적을 최소화하려는 강한 표면장력을 유지합니다. 이 때문에 물은 동그랗게 뭉치려는 성질이 강해져 식기 표면의 미세한 먼지나 기름진 음식물 찌꺼기의 좁은 틈새로 쉽게 침투하지 못하고 겉돌게 됩니다.

​이때 친수성 머리와 소수성 꼬리를 동시에 가진 계면활성제 분자가 투입되면 소수성 꼬리들이 물 밖으로 벗어나기 위해 일제히 물 표면으로 모여듭니다. 이 분자들이 물 표면에 빽빽하게 배열되면서 물 분자 사이사이에 끼어들게 되고, 물 분자끼리 서로 당기던 힘을 중간에서 방해하여 끊어버립니다. 그 결과 물의 표면장력이 급격히 감소하게 됩니다.

​표면장력이 약해진 물은 동그란 방울 모양을 유지하지 못하고, 접촉한 고체 표면을 따라 넓고 얇게 펴지는 습윤성을 갖게 됩니다. 이렇게 사방으로 퍼지며 밀착하는 힘이 강해진 물은 미세한 먼지나 오염물질이 붙어 있는 좁은 틈새 공간을 밀어내지 않고 그 안으로 깊숙이 스며들 수 있게 됩니다. 결과적으로 계면활성제는 물이 오염물질 틈새로 침투해 때를 분리해낼 수 있도록 길을 열어주는 역할을 합니다.

Answer 2

안녕하세요.

주방용 세제의 세정력은 계면활성제에 의한 것인데요, 계면활성제는 한 분자 안에 물과 잘 섞이는 친수성 부분과 기름과 잘 섞이는 소수성 부분을 동시에 가지고 있는 독특한 구조를 갖고 있습니다.

원래 순수한 물에서는 물 분자들이 서로 강하게 수소 결합을 형성하며 끌어당기기 때문에 표면장력이 큰데요, 표면에 있는 물 분자는 안쪽으로 당겨지는 힘을 받아 물방울 형태를 유지하려고 하며, 이 때문에 물이 미세한 틈새나 기름때 표면으로 쉽게 퍼지지 못합니다. 하지만 이때 계면활성제가 첨가되면 분자들이 물과 공기 또는 물과 기름의 경계면에 배열됩니다. 친수성 부분은 물 쪽을 향하고, 소수성 부분은 공기나 기름 쪽을 향하게 되고, 결과적으로 물 분자들끼리의 강한 인력이 일부 방해받아 표면장력이 감소합니다. 표면장력이 감소하면 물방울이 둥글게 뭉치려는 성질이 약해지고 식기 표면에 더 넓게 퍼지다보니 물이 음식물 찌꺼기나 먼지의 미세한 틈새까지 쉽게 침투하게 되는 것입니다. 게다가 계면활성제는 기름때에 대해서는 소수성 부분이 기름에 박히고 친수성 부분은 물을 향하면서 기름을 둘러싸게 되며, 이렇게 형성된 구조를 미셀이라고 하는데요, 형성된 미셀은 바깥쪽이 친수성이므로 물속에 안정적으로 분산될 수 있고, 결국 기름때가 물과 함께 씻겨 나가게 됩니다. 감사합니다.