물과 기름은 왜 섞일 수가 없는 건가요?

Question

흔히 잘 안 맞는 관계를 칭할 때 물과 기름같은 관계라고 하잖아요. 그런데 왜 과학적으로 물과 기름은 섞이지가 않는 거죠? 세게 저어도 안 섞이나요?

Answer 1

안녕하세요.

물과 기름이 서로 섞이지 않는 현상은 그들의 근본적인 화학적 특성 차이에 기인합니다. 물은 극성 분자로서 각 분자가 부분적인 전기적 양극과 음극을 가지고 있습니다. 이러한 구조 덕분에 물 분자들은 서로 강한 수소 결합(hydrogen bonds)을 형성하게 됩니다. 반면, 기름은 주로 비극성인 탄화수소(hydrocarbons)로 구성되어 있어, 전하의 불균형이 적고 분자 간에는 약한 반데르발스 힘(van der Waals forces)만 작용합니다.
이 두 유형의 분자가 서로 상호 작용할 때, 물 분자들 사이의 강력한 수소 결합을 비극성인 기름 분자가 방해할 수 없기 때문에, 물과 기름은 별개의 층을 형성하려는 경향을 보입니다. 물과 기름 사이의 혼합을 유도하기 위해서는 상당한 에너지를 소비해야 하며, 이는 열역학적으로 불리하다고 간주됩니다. 혼합 과정에서의 에너지 소비가 두 체계의 자발적인 분리보다 더 클 경우, 그 혼합은 자연스럽게 일어나지 않습니다.
또한, 기름과 물의 혼합을 안정화시키기 위해 계면 활성제(emulsifiers)를 사용할 수 있습니다. 계면 활성제는 한쪽 끝이 극성을, 다른 쪽 끝이 비극성을 가지는 분자로 이들은 물과 기름의 경계에 위치하여 두 물질이 혼합되는 것을 용이하게 합니다. 이러한분자는 물과 기름 사이의 표면 장력을 감소 시켜 주어, 두 물질이 안정적인 유화 상태(emulsion)로 남아있게 합니다. 이 원리는 식품, 화장품, 의약품 산업 등에서 널리 활용되고 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 이원영 전문가입니다.

물과 기름은 잘 섞이지 않습니다. 물은 극성을 띠고 있습니다. 반면 기름은 극성이 없습니다. 그래서 극성은 극성끼리 뭉칠려고 합니다. 또 무극성인 기름은 무극성끼리 모일려고 합니다. 그래서 물과 기름은 섞이지 않습니다.