주방용 실리콘 조리도구가 고온의 가열 환경에서도 녹거나 변형되지 않는 이유를 탄소 사슬 대신 규소와 산소의 강한 공유 결합으로 설명해 주세요.

Question

주방용 실리콘 조리도구가 고온의 가열 환경에서도 녹거나 변형되지 않는 이유를 탄소 사슬 대신 규소와 산소의 강한 공유 결합으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

주방용 실리콘 조리도구가 고온에서도 녹거나 변형되지 않는 이유는 분자의 뼈대를 이루는 화학 결합의 본질적인 세기 차이 때문입니다.

​플라스틱이나 고무 같은 일반적인 유기 고분자 물질은 탄소와 탄소(C-C)가 길게 연결된 탄소 사슬을 기본 골격으로 합니다. 반면, 실리콘은 탄소 사슬 대신 규소와 산소(Si-O)가 번갈아 반복되는 시록산 결합(-Si-O-Si-)을 주 사슬로 가집니다.

​화학적으로 규소와 산소의 결합은 탄소와 탄소의 결합보다 결합 에너지가 훨씬 높습니다. 탄소 간의 결합을 끊는 데 필요한 에너지보다 규소와 산소 간의 결합을 끊는 데 훨씬 더 큰 에너지가 필요하다는 의미입니다. 이 때문에 열을 가했을 때 실리콘의 규소-산소 공유 결합은 쉽게 끊어지지 않고 그 형태를 견고하게 유지할 수 있습니다.

​또한 규소와 산소의 전기음성도 차이로 인해 이 결합은 강한 이온 결합적 성질을 함께 띠게 되며, 이는 분자 구조를 더욱 안정하게 만들어 줍니다. 따라서 가스불이나 오븐 같은 고온의 요리 환경에서도 주방용 실리콘은 분자 골격이 붕괴되지 않아 녹거나 변형되지 않고 안전하게 사용할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

주방용 실리콘 조리도구가 높은 온도에서도 쉽게 녹거나 변형되지 않는 이유는 일반 플라스틱과 달리 주된 골격이 탄소-탄소 사슬이 아니라 규소-산소-규소가 반복되는 구조로 이루어져 있기 때문입니다.

일반적인 플라스틱은 탄소 원자들이 길게 연결된 고분자 사슬로 구성되어 있는데요, 이러한 탄소-탄소 결합도 충분히 강하지만, 높은 온도에서는 사슬이 쉽게 움직이거나 분해되어 변형될 수 있습니다. 반면 실리콘은 규소와 산소가 번갈아 연결된 Si-O-Si 구조를 가지는데, 이 규소-산소 공유 결합은 매우 강하고 안정적입니다. 이때 규소와 산소 사이의 결합은 결합 에너지가 높아 열에 의해 쉽게 끊어지지 않습니다. 또한 Si-O-Si 골격은 높은 온도에서도 화학적 안정성을 유지하며 산화나 분해에 대한 저항성이 크기 때문에 실리콘은 200℃ 이상의 조리 환경에서도 구조가 비교적 안정적으로 유지될 수 있습니다.

즉 생물, 화학 재료의 관점에서 보면, 실리콘 고분자는 분자 구조 자체가 유연하면서도 열에 안정적인 특징을 가진다고 할 수 있으며, 가열 시 약간의 탄성을 유지하면서도 전체 구조가 쉽게 무너지지 않아 뒤집개, 주걱, 베이킹 몰드 같은 조리도구에 적합합니다. 감사합니다.