재밌지만 쓸데없는 과학교실(3)
물과 기름이 섞이지 않는 이유_전자기력(3)
지난 시간에는 전자의 재배치를 통한 원자 간의 결합에 대해서 알아봤습니다. 원자는 원자핵(+)과 전자(-)로 이루어져 있는데 처음에는 이 총량의 균형이 잡혀있어서 전기적 중성을 띕니다. 하지만 국소적으로 보면 쏠림 현상으로 인한 극성을 띄게 됩니다. 원자 간의 결합을 위한 전자의 재배치나 자유롭게 돌아다니는 전자 덕분에 입니다. 그렇게 만들어진 극성은 분자단위 또는 원자단위에서 영향을 줍니다. 즉 원자나 분자 수준에서 다른 극은 끌어당기고(인력)나 같은 극은 밀어내고(척력) 합니다
자 그럼 다음 질문 들어갑니다.
3. 왜 기름보다 물에 녹는 물질이 많을까?
분자의 극성 때문입니다. 물이 많은 물질을 녹이는 이유는 물 분자의 독특한 극성(polarity) 때문입니다.
물은 H₂O 구조를 가집니다. 중간에는 산소원자가 위치하고 양팔에는 수소 원자가 매달려 있는 모양입니다. 앞서 말한 전자구름 층계 정족수를 위해 전자를 공유하다 보니 산소방향은 음(-)의 전하를 띠고, 수소가 양(+)의 전하를 띱니다. 이렇게 한쪽은 음, 다른 쪽은 양의 전하를 가지는 극성 때문에 물 분자는 다른 극성 물질과 강하게 상호작용할 수 있습니다.
기름은 반대로 비극성(nonpolar) 구조입니다. 전자가 고르게 분포되어 있어 극성 물질과 잘 섞이지 못합니다. 물을 마치 자석과 같다고 생각해 보세요. 자석은 다른 자석(즉, 극성이 있는 분자)과 잘 달라붙지만, 플라스틱(극성이 없는 분자)에는 붙지 않습니다. 기름은 물과 상호작용하지 않아 물에 녹지 않고 층을 이룹니다
설탕은 극성 분자를 가지고 있어서 물과 쉽게 섞입니다. 소금은 이온 결합 구조를 가지고 있어 물에 녹으며, 물 분자에 의해 이온(Na⁺, Cl⁻)으로 나뉩니다.
여기서 재밌는 점이 결합력의 강도입니다. 소금의 이온결합은 물분자가 가진 극성의 힘보다 약해서 물에 녹으면 이온결합이 떨어집니다.
더 이상 분자가 아니라 원자상태로 되어버립니다. 우리가 더 큰 힘으로 자석에 붙은 철판을 떄내어버린것과 같습니다. 반대로 물에 녹는다고 다 이온화되는 것은 아닙니다. 설탕물에서 설탕은 여전히 분자 상태로 존재합니다
