가죽 신발에 왁스나 구두약을 바르면 가죽 표면에 얇은 비극성 소수성 피막이 형성되어 외부의 물방울이 스며들지 못하고 튕겨 나가는 방수 원리를 분자 인력으로 설명해 주세요.

Question

가죽 신발에 왁스나 구두약을 바르면 가죽 표면에 얇은 비극성 소수성 피막이 형성되어 외부의 물방울이 스며들지 못하고 튕겨 나가는 방수 원리를 분자 인력으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

가죽 신발에 왁스를 바르면 물을 밀어내는 이유는 분자 간 인력의 차이와 표면 에너지로 설명할 수 있습니다.

​왁스의 주성분은 탄소와 수소가 길게 연결된 탄화수소 화합물입니다. 이 분자들은 전하가 치우치지 않는 비극성 구조를 띠고 있어, 분자 사이에 오직 약한 분산력만 작용하는 소수성 성질을 가집니다. 반면 물방울은 전하의 치우침이 뚜렷한 극성 분자들로 이루어져 있으며, 분자 사이에 강력한 정전기적 인력인 수소 결합을 형성합니다.

​이 비극성 왁스 피막 위에 극성인 물방울이 떨어지면 분자 간 인력의 불균형이 발생합니다. 물 분자끼리 서로 뭉치려는 힘인 응집력은 매우 강한 반면, 물 분자와 왁스 분자가 서로 끌어당기는 힘인 부착력은 전기적 성질이 달라 매우 약합니다. 왁스는 물 분자의 강력한 수소 결합을 결코 깨뜨릴 수 없습니다.

​결국 물방울은 가죽 표면에 붙어 퍼지는 대신, 자기들끼리 뭉쳐 표면적을 최소화하려는 성질에 따라 동그란 구형을 유지하게 됩니다. 이처럼 가죽 표면의 부착력보다 물 분자의 응집력이 압도적으로 우세해지면서, 외부의 물방울이 가죽 속으로 스며들지 못하고 표면에서 튕겨 나가는 방수 효과가 나타납니다.