하수구가 막혔을 때 붓는 액체 수산화나트륨(가성소다)은 하수구 안의 단백질 성분인 머리카락과 굳은 기름때를 강염기로 가수분해하여 녹여내는 화학적 원리가 무엇인가요?

Question

하수구가 막혔을 때 붓는 액체 수산화나트륨(가성소다)은 하수구 안의 단백질 성분인 머리카락과 굳은 기름때를 강염기로 가수분해하여 녹여내는 화학적 원리가 무엇인가요?

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

수산화나트륨이 하수구의 머리카락과 기름때를 녹이는 과정은 강염기가 유기물을 화학적으로 분해하는 대표적인 반응입니다. 물에 녹은 수산화나트륨은 강력한 친핵체인 수산화 이온을 배출하며 하수구 내부의 오염 물질을 공격하기 시작합니다.

​머리카락은 케라틴이라는 단단한 단백질로 구성되어 있습니다. 이 단백질은 아미노산들이 펩타이드 결합으로 길게 연결된 고분자인데, 수산화 이온이 이 펩타이드 결합의 탄소 원자를 공격하여 결합을 끊어냅니다. 단단한 사슬 구조가 쪼개져 아미노산 단위로 분해되면 이들은 염기성 환경에서 전하를 띠게 되어 물에 쉽게 녹아내립니다. 이와 동시에 머리카락의 구조를 지탱하는 이황화 결합도 함께 파괴되어 머리카락이 흐물흐물하게 녹습니다.

​굳은 기름때를 제거할 때는 비누화 반응이 일어납니다. 기름때의 주성분인 지방은 에스테르 결합을 고리로 가진 화합물입니다. 수산화 이온이 이 에스테르 결합을 가수분해하면 기름때는 글리세롤과 지방산 나트륨염으로 쪼개집니다. 여기서 생성된 지방산 나트륨염이 바로 비누 성분입니다. 즉, 딱딱하게 굳어 있던 기름때가 물에 잘 녹는 비누와 글리세롤로 성질이 바뀌면서 물 유동성에 의해 스스로 유화되어 씻겨 내려가게 됩니다. 또한 수산화나트륨이 물과 반응할 때 발생하는 높은 열이 이러한 화학 반응의 속도를 더욱 가속화합니다.