물과 식용유를 한 컵에 섞고 아무리 강하게 저어도 시간이 지나면 다시 두 층으로 완벽하게 분리됩니다. 두 물질이 섞이지 않는 이유가 무엇인가요?

Question

물과 식용유를 한 컵에 섞고 아무리 강하게 저어도 시간이 지나면 다시 두 층으로 완벽하게 분리됩니다. 두 물질이 섞이지 않는 이유가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

물과 식용유가 아무리 강한 물리적 힘을 가해도 결국 섞이지 않고 분리되는 현상은 분자 수준에서의 극성 차이로 설명할 수 있습니다. 화학의 가장 기본적인 용해 원리인 유유상종에 따라, 극성 분자는 극성 분자끼리, 무극성 분자는 무극성 분자끼리 섞이려는 성질이 강하기 때문입니다.

물 분자는 전기음성도가 매우 큰 산소 원자 하나에 수소 원자 두 개가 굽은 형으로 결합되어 있으며, 산소 쪽은 부분적인 음전하를, 수소 쪽은 부분적인 양전하를 띠는 영구 쌍극자 모멘트를 갖습니다. 물 분자들은 이 극성을 바탕으로 서로 강력한 수소결합을 형성하며 단단히 뭉쳐 있습니다. 반면 식용유를 구성하는 주성분인 트리글리세라이드는 길게 이어진 탄화수소 사슬로 이루어져 있습니다. 탄소와 수소는 전기음성도 차이가 거의 없어 전자가 한쪽으로 치우치지 않는 무극성 분자입니다. 기름 분자들 사이에는 수소결합 대신 상대적으로 약한 반데르발스 힘만이 작용합니다. 따라서 물과 기름은 유유상종의 원리에 따서 서로 섞이지 않고 분리되는 것입니다.