안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
수성펜과 유성펜의 번짐 차이는 잉크 성분과 물 분자 사이의 화학적 극성, 그리고 그로 인해 발생하는 분자 간 인력의 차이로 설명할 수 있습니다.
물 분자는 산소와 수소 원자 간의 전기음성도 차이로 인해 한쪽은 부분적인 음전하를, 다른 쪽은 부분적인 양전하를 띠는 대표적인 극성 분자입니다. 화학에는 극성 물질은 극성 용매에, 비극성 물질은 비극성 용매에 잘 녹는다는 유사성의 원리가 있습니다.
수성펜의 잉크는 염료와 함께 물을 용매로 사용합니다. 이 잉크 성분들은 분자 구조 내에 물과 쉽게 수소 결합을 형성할 수 있는 친수성 작용기를 많이 포함하고 있어 강한 극성을 띱니다. 수성펜으로 쓴 글씨에 물이 닿으면, 물 분자와 잉크 분자 사이에 강력한 극성 간 인력이 작용합니다. 이 인력이 잉크 분자가 종이 섬유와 결합하고 있는 인력보다 커지기 때문에, 잉크 분자들이 물 분자에 이끌려 나와 사방으로 확산되며 번지는 현상이 발생합니다.
반면 유성펜의 잉크는 안료나 염료를 유기용매와 수지에 녹여 만듭니다. 이 성분들은 탄수화물 사슬 중심의 구조를 가지고 있어 전하가 고르게 분포된 비극성 성질을 띱니다. 유성펜으로 쓴 글씨에 물이 닿으면, 극성인 물 분자들은 자신들끼리 뭉치려는 인력이 비극성인 유성 잉크 분자를 당기는 인력보다 훨씬 강합니다. 결과적으로 물 분자와 유성 잉크 분자 사이에는 상호작용이 거의 일어나지 않으며, 잉크가 종이에 착색된 상태를 유지하므로 물이 닿아도 번지지 않고 그대로 남아있게 됩니다.