안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
고체 물질을 가루로 만들면 전체 질량과 성분은 그대로 유지되지만 표면적이 비약적으로 증가하여 반응물 간의 충돌 빈도가 급증하기 때문에 반응 속도가 빨라집니다.
화학 반응이 일어나려면 반응물 입자들이 서로 직접 부딪히는 효과적인 충돌이 발생해야 합니다. 덩어리 상태는 반응물 입자 중 외부에 노출된 겉면 입자만 다른 반응물과 만날 수 있고, 내부 깊숙이 위치한 입자들은 겉면 입자가 먼저 반응해 사라질 때까지 반응에 참여하지 못합니다. 반면, 가루 상태는 덩어리를 작게 쪼개면 내부에 숨어 있던 입자들이 겉으로 드러나며 외부로 노출되는 총 표면적이 대폭 늘어납니다. 동일한 부피와 질량이라도 표면적이 넓어지면 단위 시간당 반응물 입자끼리 충돌하는 횟수가 급격히 증가하여 반응 속도가 현저히 빨라집니다.
실제 활용 사례로 의약품의 용해 및 흡수입니다. 물에 잘 녹지 않는 난용성 약물은 입자 크기를 마이크로 단위로 가공하여 표면적을 극대화합니다. 알약이나 캡슐에 들어가는 활성 성분을 미세한 가루로 만들면 위장관 유체와 접촉하는 표면적이 넓어져 약물이 신속하게 용해됩니다. 이는 약물의 체내 흡수율을 높이고 약효가 빠르게 나타나도록 돕습니다.
이외에도 석탄을 덩어리째 태우면 내부까지 산소가 침투하지 못해 연소가 느리고 불완전 연소가 발생합니다. 그래서 발전소에서는 석탄을 밀가루처럼 고운 가루로 분쇄한 뒤 공기와 함께 보일러에 분사합니다. 산소와의 접촉 면적이 극대화되어 폭발에 가까운 속도로 순간 완전 연소가 이루어져 에너지 효율을 대폭 높일 수 있습니다.