안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
계면활성제의 긴 탄화수소 꼬리가 물속에 있으면 주변 물 분자들이 수소결합을 유지하려고 꼬리 둘레에 질서 있는 우리 모양으로 늘어서요. 이 상태는 엔트로피가 낮아 불리해서, 꼬리끼리 한데 모여 물과 닿는 면적을 줄이면 묶여 있던 물 분자가 풀려나며 전체 엔트로피가 커져요. 이렇게 소수성 상호작용으로 꼬리는 안쪽, 친수성 머리는 바깥쪽을 향해 뭉친 공 모양 구조가 미셀이에요.
농도가 낮을 때는 분자들이 먼저 물 표면에 늘어서 표면장력을 낮추고, 표면이 가득 차는 임계 미셀 농도(CMC)를 넘으면 그때부터 미셀이 생겨요. 세제 성분인 SDS는 약 8mM에서 미셀이 만들어지고, 분자 수십~100개가 모여 지름 수 nm 크기가 돼요.
세탁할 때는 계면활성제가 기름때와 물, 섬유와 물 사이 계면에 달라붙어 계면장력을 낮춰요. 그러면 섬유에 넓게 퍼져 있던 기름이 물에 밀려 동그랗게 말려 올라가고, 세탁기 물살에 떨어져 나가요. 떨어진 기름은 미셀 안쪽 소수성 공간에 녹아들거나 계면활성제에 둘러싸인 작은 방울이 되고, 바깥을 덮은 음전하 머리끼리 서로 밀어내서 다시 뭉치거나 옷에 붙지 않고 헹굼물과 함께 빠져나가요 :)