[화학및 실험2] 10주차 예비보고서, 비누 만들기

[실험 제목]

비누 만들기

 

[실험 목적]
비누 만들기를 통해서 계면 활성제의 작용을 이해하고 비누의 원리를 이해한다.

 

[실험 이론]
다음 실험 이론을 조사하시오.

비누 만들기

1. 에스테르, 카르복실산, 알코올의 구조와 특징에 대해 설명하시오.

에스터

에스터(ester) 또는 에스테르는 유기 화합물의 하나로, 유기 라디칼이 산의 수소 분자 자리에 치환된 것을 말한다.
에스터라는 이름은 독일어 에시히에테르(식초 에테르)에서 유래되었다.
에스터의 가장 공통적인 전형은 카르복시산-에스터(R'-C(=O)-O-R2)이며 다른 에스터로는 인산, 황산, 질산과 붕산 에스터 등이 있다.
휘발성 에스터는 대개 향기를 지니며, 향수, 에센스(필수기름)와 페로몬에서 발견된다. 그리고 많은 과일들에 그 향을 준다. 에틸 아세테이트와 메틸 아세테이트는 중요한 솔벤트이며 지방산 에스터는 지방과 지질을 형성하고 폴리에스터는 중요한 플라스틱이다. 순환 에스터는 락톤이라 불린다.
에스터는 에스테르화라는 산과 알코올 사이의 축합 반응으로 합성할 수 있다.

카르복실산
카복실산(Carboxylic acid) 또는 카르복시산은 카복시기(-C(=O)-OH, 간단히 -COOH)라는 작용기를 갖고 있는 유기산을 말한다.
카복실산의 녹는점과 끓는점은 크기가 비슷한 탄화수소나, 산소가 있는 화합물에 비해 상당히 높다. 카복실산의 탄소는 sp2 혼성 구조를 이루고 있고, 수소결합으로 이합체를 형성하기 때문에 끓는점이 높고, 물에 대한 용해도가 크다. 카복실산은 카복시기의 수와 결합되어 있는 원자단에 따라 모노카복실산, 다이카복실산,트리카복실산, 지방족 카복실산, 방향족 카복실산으로 구분할 수 있다.

알코올
화학에서 알코올(영어: alcohol)은 하이드록시기(-OH)가 탄소 원자에 결합된 유기 화합물을 말한다. 맛은 매우 쓰다.
가장 중요한 알코올 형태인 단순 사슬형 알코올의 구조식은 CnH2n+1OH 꼴이다. 그 중 술의 주요 성분인 에탄올(C2H5OH)은 알코올을 대표하며, 일반적으로 알코올은 에탄올이 포함된 음료인 술을 지칭하기도 한다. 알코올 중독은 이 뜻으로 사용되는 경우이다.
접미사 '~올'(-ol)은 IUPAC 명명법에서 하이드록시기가 주 작용기일 경우에 붙인다. 다른 작용기가 더 주요 역할을 할 경우, '하이드록시~'(hydroxy-)라는 접두사를 붙이기도 한다. 접미사 '~올'은 파라세타몰(아세트아미노펜)이나 콜레스테롤처럼 하이드록시기가 포함된 다른 화합물에도 쓰이며, 이들도 알코올의 일종이다. 하지만 당류(글루코스, 수크로스 등)처럼 하이드록시기가 있음에도 접미사를 쓰지 않는 화합물도 많다.

단순알코올
가장 널리 사용되는 알코올은 에탄올(C2H5OH)로, 에테인에 하이드록시기가 결합된 형태이다. 에탄올은 발효 또는 증류된 술의 형태로 수천년간 사람들이 만들고 소비해왔다. 끓는점이 78.4 °C인 가연성의 투명한 액체로, 산업용 용매, 자동차 연료, 화학 산업의 원료 등으로 널리 쓰인다. 술에 관한 법과 세금 등의 이유로, 다른 용도로 쓰이는 공업용 에탄올에는 데나토늄벤조에이트처럼 불쾌한 맛을 내거나, 메탄올처럼 독성이 있는 물질을 넣기도 한다. 이런 에탄올을 변성 알코올이라고 한다.
가장 단순한 형태의 알코올은 메탄올(CH
3OH)이다. 예전에는 나무를 건류하여 얻었기에 목정(木精)이라고도 한다. 에탄올과 냄새와 성질이 비슷한 투명한 액체로, 끓는점(64.7 °C)은 약간 낮다. 용매, 연료, 원료 등으로 쓰인다. 에탄올과 달리 메탄올은 매우 독성이 강하여, 10 ml의 소량으로도 시신경이 파괴되어 실명할 수 있으며, 30 ml로도 사망할 수 있다.

출처 위키백과 검색어 <에스터>, <카복실산>, <알코올>

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%90%EC%8A%A4%ED%84%B0

에스터 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%B9%B4%EB%B3%B5%EC%8B%A4%EC%82%B0

카복실산 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%8C%EC%BD%94%EC%98%AC

알코올 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

2. 에멀전, 에멀전화제에 대해 설명하시오.

에멀젼

유화액(영어: emulsion 에멀젼)은 우유처럼 액체가 다른 액체에 콜로이드 상태로 퍼져 있는 용액이다. 주로 서로 섞이지 않는 두 액체 사이에 일어난다. 콜로이드와 유화액이 비슷한 의미로서 쓰이지만, 유화액의 경우 주로 두개의 상이 존재하는 경우 주로 사용된다.
유화액이란 말은 우유와 같이 된다라는 뜻으로, 영어표현 emulsion 또한 "to milk"라는 뜻의 라틴어 단어로부터 유래한다. 우유의 경우 물과 지방, 그리고 여러 구성요소로 이루어진 유화액이다.
두개의 액체는 용매(연속매)와 용질에 따라서 여러 유화액의 종류를 형성하는데, 기름과 물을 예로 들자면, 일단 "물 안에 기름이 들어간 경우"(물은 여기서 분산(dispersion)의 매개체가 된다. 지질단백질은 이에 해당한다.)와, 반대로 "기름 안에 물이 들어간 경우"가 가능하다.
중첩된 유화액 상태도 가능한데, "물 안의 기름 속의 물(water-in-oil-in-water)" 유화액과 "기름 안의 물 속의 기름oil-in-water-in-oil" 유화액 또한 존재한다.
유화액이라는 말은 사진 필름에서 빛에 민감한 부분을 일컫는 말이다. 사진술에서의 유화액은 젤라틴속 퍼져있는 할로겐화 은 입자의 콜로이드로 구성되어 있다. 핵건판(nuclear emulsion)도 사진에서의 유화액과 비슷한데 다른 점이 있다면, 이는 물리학에서 고에너지 기본 입자를 검출하는데 쓰인다는 점이다.

형태와 성질
유화액은 보통 안개낀 듯한 모양을 하는데, 그 이유는 상의 경계에서 빛의 산란이 일어나기 때문이다. 보통 유화액은 빛이 균일하게 산란되는 경우 흰색을 띠게 된다. 충분히 희석된 경우, 주파수가 높고 파장이 긴 빛이 더 산란되어 틴들 효과에 의해 더 푸른색을 띠게 된다. 만약 충분히 농축된 경우, 색이 상대적으로 긴 파장으로 왜곡되어 노란색에 가까워지는 경향이 나타난다. 특별히 방울의 크기가 100 nm이하인 경우(마이크로유화액(microemulsion)과 나노유화액(nanoemulsion)) 반투명하게 나타난다.이러한 현상은 입사광의 파장의 사분의 일을 초과하여야 빛이 산란되는데에 기인한다. 일반적으로 가시광선은 390 nm부터 750 nm정도로, 방울의 크기가 100 nm이하인 경우, 그냥 빛이 산란없이 통과하게 된다.
외형의 비슷함때문에 나노유화액과 마이크로유화액은 착각하기가 쉽다. 보통 마이크로유화액은 기름 입자가 계면활성제나 보조계면활성제(co-surfactant), 보조용매(co-solvents)에 의해 가용성이 된 경우 나타난다. 그러나 계면활성제로 인한 여러 단점때문에 계면활성제의 존재는 많은 응용분야에서 걸림돌이 된다. 그리고 마이크로유화액의 안정성은 보통 희석이나 가열이나 산도 조절에 의해 손상되는 경우가 많다.
일반적인 유화액은 태생적으로 불안정하므로 자발적으로 생성되는 경우는 거의 없다. 흔들기, 젓기, 균질화(homogenizing), 또는 초음파에 노출시키는 등 에너지를 가하는 것이 유화액 생성에 필요하다.시간이 흐를수록 유화액은 안정된 상태로 돌아가는 경향이 있다. 비네그레트에서 식초와 기름이 분리되는 경우와 같이 불안정한 유화액은 다시 흔들지 않는 이상, 안정된 상태로 돌아가버리려 한다. 마이크로유화액의 경우 열역학적으로 안정적인 반면, 투명한 나노유화액은 역학적으로 안정적이다.
물과 기름의 유화액이 "물 안에 기름이 들어간" 유화액인지 "기름 안에 물이 들어간" 유화액인지는 두 상의 부피비와 유화제의 종류가 결정한다. 여기서 유화제는 잘 용해되지 않는 물질의 확산을 촉진시키는 물질을 말한다.

에멀전화제
유화제란 유화액의 역학적 안정성을 향상시키는 물질을 말한다.
식품에서 쓰이는 유화제로는 달걀 노른자, 머스타드, 레시틴, 인산 나트륨, 스테아릴 젖산 나트륨, DATEM(주로 제빵에 사용됨) 등이 있다. 또는 고체 입자를 특정 환경에 적용하여 안정성을 향상시키는 피커링 유화를 사용하는 방법도 있다.
세제 또한 물과 기름 사이에서 작용하는 계면활성제의 일종이다. 비누또한 이에 해당하며, 크림과 로션등에도 유화제가 들어가 있다. 이에 쓰이는 주요 유화제로는 유화 왁스, 세테아릴 알코올(Cetostearyl alcohol), 폴리소베이트 20(Polysorbate 20), 세테아레스(Ceteareth) 등이 있다. 때로는 유화액 내부에 포함된 물질이 유화제처럼 작용하는데, 이때 나노유화액이 생성된다. 이의 대표적 현상으로 우조 현상(Ouzo effect)이 있다. 이 때의 유화액은 불투명한 유백색을 띤다.

출처:위키백과 검색어 <유화액>

유화제
유화제(emulsifier)는 계면활성제(surfactant)의 한 종류이며 계면에서 계면 장력(surface tension)을 낮출 수 있는 화합물을 말한다. 계면이란 기체와 액체, 액체와 액체, 액체와 고체가 서로 맞닿은 경계면이다. 계면활성제는 이런 계면의 장력을 완화하는 역할을 한다. 이 때문에 계면이 가지고 있던 표면장력은 약해진다. 계면활성제는 세제(detergent), 습윤제(wetting agent), 유화제(emulsifier), 기포제(foaming agent), 가용화제(solubilization agent), 분산제(dispersant)로서의 역할을 한다. 유화제는 특히 액체(기름)와 액체(물)를 서로 혼합할 때 계면 장력을 낮추는 역할을 한다. 얻어지는 혼합체를 에멀션(emulsion)이라고 한다. 에멀션의 종류를 형태별로 분류하면 크게 수중유형(oil in water, O/W type), 유중수형(water in oil, W/O type), 다중형(multiple type) 에멀션으로 나눌 수 있다. 대체로 O/W 에멀젼을 만드는 데는 수용성의 유화제가, 즉 높은 값(10~15)의 친수성 친유성 밸런스(HLB: Hydrophilic-Lipophilic Balance)를 가지는 수용성 유화제가 적합하고, W/O 에멀션에 대해서는 친유성이 강한, 즉 낮은 값(4~8)의 HLB를 가지는 유용성의 유화제가 적합하다. 계면활성제(界面活性劑)는 물에 녹기 쉬운 친수성 부분과 기름에 녹기 쉬운 소수성 부분을 가지고 있는 화합물이다. 이런 성질 때문에 비누나 세제 등으로 많이 활용됐다. 계면활성제는 일정 농도 이상에서 계면활성제 분자들끼리 모여 마이셀(micelle)이라는 구조를 형성한다. 마이셀이 물에서 형성될 때, 계면활성제의 소수성 부분은 중심부에 모여 핵을 형성하고 친수성 부분은 물과 접촉하는 외곽 부분을 형성한다. 기름과 같이 소수성 물질은 미셀의 안쪽 부분에 위치하게 되어 안정화되고 물에 녹게 되는데 이를 가용화(solubilization)라 하며, 이는 세제 작용의 기본 원리이다. 가용화는 가용화제(계면활성제)를 이용하여 샴푸, 보디클렌저, 향수, 스킨토너 등을 제조하는 데 주로 이용되는 분산계이다.

출처 [네이버 지식백과] 유화제 [emulsifier]

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9C%A0%ED%99%94%EC%95%A1

유화액 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9C%A0%ED%99%94%EC%95%A1#%EC%9C%A0%ED%99%94%EC%A0%9C

유화액 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

3. 계면활성제와 비누에 대해 설명하시오.

계면활성제

계면활성제는 이름 그대로 서로 다른 성질의 물질이 만나는 면(표면 또는 계면)에서 활성화된 물질이다. 계면활성제를 뜻하는 영어 단어는 surfactant를 사용하는데, 이는 표면 또는 계면을 뜻하는 surface와 활성을 나타내는 물질이라는 뜻의 active reagent를 조합하여 만들어진 단어이다. 즉, 계면활성제는 물과 기름처럼 서로 섞이지 않은 경계면에서 활동할 수 있는 분자를 말한다.
계면활성제의 구조
물과 기름이 섞이지 않는 것은 물은 극성을 가지고 기름은 비극성의 성질을 가지기 때문이다. 일반적으로 극성인 분자는 극성인 분자와 잘 섞이고, 비극성인 분자는 비극성인 분자끼리 잘 섞이는 성질을 가지고 있다. 계면활성제는 기본적으로 한 분자 내에 극성인 부분과 비극성인 부분이 함께 존재하는 분자에서 나타나게 된다. 즉, 분자 안에 물을 좋아하는 부분인 친수성(hydrophilic) 부분과 물을 싫어하는 소수성(hydrophobic) 부분을 동시에 갖는 분자들이 계면활성제로 사용될 수 있다. 보통 통틀어 기름(oil)이라고 부르는 물질들은 물에 섞이지 않고 용해 측면에서 반대되는 성질을 가지기 때문에 물을 싫어하는 소수성 부분은 동시에 기름을 좋아하는 친유성(lipophilic)인 성질을 보여주고, 물을 좋아하는 친수성 부분은 기름을 싫어하는 소유성(lipophobic) 성질을 나타내게 된다. 일반적인 계면활성제의 경우 탄소 원자가 길게 연결된 사슬 형태가 소수성 부분을 구성하고 있고, 극성을 가지는 친수성 부분은 그 크기가 소수성 부분보다 현저히 작으므로, 친수성 부분을 머리(head)라고 부르고 소수성 긴 사슬 부분을 꼬리(tail)라고 부른다.

계면활성제의 종류
단순히 머리와 꼬리 부분이 상대적으로 다른 극성을 가지는 분자를 모두 계면활성제의 범주에서 생각할 수 있으므로 상당히 다양한 종류의 계면활성제가 개발되어 사용되고 있다. 이를 분류하는 기준으로는 머리 부분의 구조와 성질에 따라 나누는 방법이 보편적으로 사용된다. 물과 상호 작용을 하는 머리 부분이 음이온을 가지고 있는 계면활성제는 음이온 계면활성제, 친수성 머리 부분이 양이온을 가지고 있는 계면활성제는 양이온 계면활성제로 구분하며, 그 외에도 양이온과 음이온을 동시에 머리 부분에 가지는 쯔비터 이온(zwitter ion) 형태의 계면활성제, 극성을 가지지만 중성인 부분을 포함하는 중성 계면활성제 등으로 구별할 수 있다.
출처: [네이버 지식백과] 계면활성제 [surfactant] (화학백과)

비누
유지를 수산화나트륨과 반응시켜 만든 지방산 나트륨염을 비누라고 한다. 에스테르인 유지와 수산화나트륨이 반응하면 비누와 글리세롤이 생성된다. 비누의 기원은 동물성 지방과 물 그리고 식물을 태운 재의 혼합물을 끓여 만든 데에서 시작되었다. 세계 대전 이후 인구가 급속도로 증가함에 따라 비누의 수요 또한 높아졌지만 이에 따른 충분한 공급이 어려워졌다. 이에 따라 석유를 원료로 한 합성 세제가 개발되었다. 지금 우리 생활의 대부분을 차지하는 세제는 이들 합성 세제가 주를 이룬다.
비누는 긴 사슬을 갖는 카르복시산의 음이온과 나트륨 이온 혹은 칼륨 이온이 이루는 염(salt)을 말한다. 다시 말해, 비누 분자는 탄화수소 사슬과 카르복시산염으로 구성되어 있다. 예를 들어, 스테아르산의 나트륨염(C17H35COONa)은 아래 그림과 같이 두 부분으로 나눌 수 있다. 긴 꼬리 부분은 물과 잘 섞이지 않고 기름과 잘 섞이는 친유성을 나타내며, 전하를 띤 머리 부분은 물과 잘 섞이는 친수성을 나타낸다.
비누의 이러한 구조로 인하여 꼬리 부분이 기름때를 에워싸서 머리 부분이 바깥을 향하여 물에 녹아 들어간다.
출처: [네이버 지식백과] 비누 (Basic 고교생을 위한 화학 용어사전)

비누화 반응
비누화 반응은 고급 지방산 에스터와 강한 염기가 만나 알코올과 비누 덩어리가 생성되는 반응이다. R-COO-R' + XOH → R-COO-X + R'OH
대부분 이때 생기는 알코올은 글리세롤로 수분을 흡수하는 작용을 하기 때문에 비누에 그대로 혼합되어 보습제 역할을 한다.
출처 위키백과 검색어 <계면활성제><비누>

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B3%84%EB%A9%B4%ED%99%9C%EC%84%B1%EC%A0%9C

계면활성제 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

4. 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 양성 계면활성제, 비이온성 계면활성제에 대해 설명하시오.

4-1. 음이온계 계면활성제 (음이온 계면 활성제) - 비누, 세탁세제 등

물 속에서 해리될 때 음이온이 된다. 친수기로 카르복시산염, 술폰산염 또는 인산염 구조를 가진 것이 많다. 카르복시산염계로 비누의 주성 분인 지방산 나트륨이나 술폰산염계로 합성 세제에 많이 사용되는 알킬벤젠술폰산 나트륨과 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide) 전기 영동에 이용되는 로릴 황산 나트륨(SDS) 등이 있다. 여기서 R은 작용기, M은 금속 원자를 의미한다.
비누 (지방산 나트륨) RCOO - Na +
모노알킬 황산염 ROSO3 - M +
알킬폴리옥시에틸렌 황산염 RO(CH2CH2O)mSO3- M+
알킬벤젠술폰산염 RR'CH2CHC6H4SO3-M+
모노알킬인산염 ROPO (OH) O-M+

4-2. 양이온계 계면활성제(양이온 계면 활성제)

물속에서 해리될 때 양이온이된다. 호로옹N+(CH3)3X-
디알킬디메틸암모늄염 RR'N+(CH3)2X-
알킬벤질메틸암모늄염 RN+(CH2Ph)(CH 3)2X-

4-3. 양성 계면활성제

분자 내에 음이온 가능 부위와 양이온 가능 부위를 모두 가지고 있기 때문에, 용액의 pH에 따라 양이온 혹은 음이온이된다. 화장품에 사용된다.
알킬설포베타인 RR'R"N +(CH 2)nSO3
알킬카르복시베타인 R(CH3)2N+CH2COO-

4-4.비이온성 계면활성제

친수부가 비전해질, 즉 이온화하지 않는 친수성 부분이 있는 것으로 알킬글리콜 같은 저분자 계열 또는 폴리에틸렌 글리콜과 폴리비닐 알코올과 같은 고분자 계가 존재한다. Triton X, Pluronic, Tween 등의 상품명으로 판매되고있다.
폴리옥시에틸렌알킬에테르 RO(CH2CH2O)mH
지방산 솔비탄에스테르
지방산 디에탄올아민 RCON(CH2CH2OH)2
알킬모노글리세릴에테르 ROCH2CH(OH)CH2OH

5. CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)의 구조식과 성질에 대해 설명하시오.

세타블론(cetavlon)이라고도 한다. C19H42BrN. 분자량은 364.45이다. 긴사슬(長鎖) 알킬기가 있는 제사(四)급암모늄염기이며, CTAB로 약기한다. 무색결정(無色結晶)이고 융점은 237~243℃이다. 알코올에는 이용(易溶)이지만, 밴젠, 에테르, 아세톤에는 난용이다. 10배가량인 물에는 잘 녹으며, 살균성도 강하다.

양이온계면활성제의 일종이며, 임계미셀농도 1.3×10－5, 메셀회합수는 169, 미셀분자량은 6.2×104, 막의 가용화에 사용하는 외에도 지질인공막, 리보솜에 정하전을 부여하기 때문에 첨가하는 경우도 있다. 핵산, 산성다당, 글리코사미노글리칸과 같은 폴리음이온과 불용성인 복합체를 형성하기 때문에 상호분리에도 이용하게 된다.
[네이버 지식백과] 브롬화세틸트리메틸암모늄 [Cetyltrimethylammonium Bromide] (생명과학대사전)

https://terms.naver.com/entry.naver?docId=2692337&cid=60261&categoryId=60261

브롬화세틸트리메틸암모늄

 

6. 미셸(micelle)의 구조와 형성 원리에 대해 설명하시오.

미셀(micelle)은 계면활성제가 일정 농도 이상에서 모인 집합체를 말한다. 대표적인 경우로 계면활성제가 물에 녹는 경우 일정 농도 이상이 되면 소수성 부분이 핵을 형성하고 친수성 부분은 물과 닿는 표면을 형성한다. 미셀은 계면활성제의 농도가 임계 미셀 농도 (critical micelle concentration) 이상이고 온도가 임계 미셀 온도 (critical micelle temperature, 또는 Krafft 온도) 이상에서 형성된다. 미셀이 물에서 형성될 때, 기름과 같이 소수성 물질은 미셀의 안쪽 부분에 위치하게 되어 안정화 되고 물에 녹게 되는데 이를 용해화(solubilization)라 하며 이는 세제 작용의 기본 원리이다.

미셀의 구조
비누를 포함한 계면활성제가 세제 역할을 하는 것은 오래전부터 알려져 왔다. 그러나 20세기에 들어서야 James William McBain에 의해 계면활성제의 분자들이 구조화된 콜로이드 이온, 즉 미셀을 형성한다는 이론이 나오게 되었다.
출처: 위키백과 검색어 <미셀>

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AF%B8%EC%85%80

미셀
미셀(micelle)은 단층의 인지질로 구성된 작은 방울 형태로 안쪽이 소수성 지방산 꼬리로 채워져 있다. 지방산 분자나 계면 활성제와 같이 한 부위는 극성을 띠고 다른 부위는 비극성의 소수성 부위로 이루어진 양극성 분자는 용액 중에서 반데르발스(van der Waals) 힘 등에 의해 열역학적으로 안정된 형태인 미셀이라고 불리는 회합체를 만든다.
미셀의 형태와 구조
미셀의 모양과 크기는 양극성 분자의 구조, 농도, pH, 온도, 이온 강도 등에 따라 달라진다. 타원체, 실린더 및 이중층과 같은 모양을 포함한 다른 모양도 가능하다. 미셀이 물에서 만들어지면, 안쪽에는 기름과 같은 소수성 분자들이 위치하게 되어 소수성 분자들이 미셀과 함께 물에 녹을 수 있다. 이러한 현상을 용해화(solubilization)라 하며, 용해화는 계면활성제가 세제로 작용할 수 있는 원리이다. 그림 1과 2는 미셀의 형태와 구조를 나타낸다.
미셀화
미셀화(micellisation)란 미셀을 형성하는 과정을 지칭하는 말이다. 미셀은 자발적인 엔트로피와 엔탈피의 균형으로 인해 형성될 수 있으며, 계면활성제의 농도가 높아지면 미셀을 형성하는데 이 농도가 임계 미셀 농도(CMC)보다 크고 자체 시스템 내의 온도가 임계 미셀 온도보다 높을 경우에 형성이 된다. 계면활성제의 농도가 매우 낮은 상태에서는 단량체만이 용액 안에 존재한다. 계면활성제의 농도가 증가하게 되면, 분자의 소수성 꼬리를 집단화함으로써 계면활성제의 지질 꼬리 일부분이 물과 분리되면서 소수성 효과를 이용하여 미셀을 형성하기 시작한다.
출처: [네이버 지식백과] 미셀 [micelle] (생화학백과)

미셀 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5141362&cid=60266&categoryId=60266

미셀

 

7. [기구와 시약] 위 시약들의 물리적, 화학적 특성과 그 위험성에 대해 조사하시오. (원자량, 녹는점, 끓는점 포함)

- 기구
진공여과장치, 메스실린더(10 mL), 삼각플라스크(250 mL), 비커(1000 mL), 삼발이, 클램프, 스탠드, 유리막대, 비등석, pH meter

- 시약
2-프로판올
에틸알콜
CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)
NaOH
톨루엔
NaCl

 

1. 2-프로판올 (Isopropanol):

화학식: C3H8O
분자량: 60.10 g/mol
녹는점: -88.0 °C
끓는점: 82.6 °C
CAS 번호: 67-63-0
주된 용도: 소독제, 세정제 등
위험성: 가연성이 있으며, 증기는 눈과 피부에 자극을 일으킬 수 있습니다.
유해위험 문구
고인화성 액체 및 증기
삼켜서 기도로 유입되면 유해할 수 있음
눈에 심한 자극을 일으킴 졸음 또는 현기증을 일으킬 수 있음

2. 에틸알콜 (Ethyl Alcohol 또는 Ethanol):
화학식: C2H5OH
분자량: 46.07 g/mol
녹는점: -114.1 °C
끓는점: 78.4 °C
CAS 번호: 64-17-5
주된 용도: 음료수, 소독제, 연료 등
위험성: 가연성이 있으며, 중독성이 있을 수 있습니다.
유해위험 문구
고인화성 액체 및 증기
눈에 심한 자극을 일으킴 졸음 또는 현기증을 일으킬 수 있음
암을 일으킬 수 있음(암을 일으키는 노출 경로를 기재한다. 단, 다른 노출경로에 의해 암을 일으키지 않는다는 결정적인 증거가 있는 경 우에 한한다.)
장기간 또는 반복노출 되면 장기(영향을 받는 것으로 알려진 모든
장기를 명시한다.)에 손상을 일으킬 수 있음(특정표적장기독성(반복 노출)을 일으키는 노출 경로를 기재. 단, 다른 노출경로에 의해 특정 표적장기독성(반복노출)을 일으키지 않는다는 결정적인 증거가 있 는 경우에 한한다.)

3. CTAB (Cetyltrimethylammonium Bromide):
화학식: C19H42BrN
분자량: 364.46 g/mol
녹는점: > 100 °C (분해)
끓는점: 데이터 부재
CAS 번호: 57-09-0
주된 용도: 계면활성제, 생화학 연구 등
위험성: 피부와 눈에 자극을 일으킬 수 있으며, 특히 물질을 흡입할 때 주의가 필요합니다.
유해위험 문구
삼키면 유해함
호흡기 자극을 일으킬 수 있음
장기간 또는 반복노출 되면 장기(영향을 받는 것으로 알려진 모든 장기를 명시한다.)에 손상을 일으킬 수 있음(특정표적장기독성(반복 노출)을 일으키는 노출 경로를 기재. 단, 다른 노출경로에 의해 특정 표적장기독성(반복노출)을 일으키지 않는다는 결정적인 증거가 있 는 경우에 한한다.)
수생생물에 매우 유독함
장기적인 영향에 의해 수생생물에게 매우 유독함

4. NaOH (Sodium Hydroxide):
화학식: NaOH
분자량: 39.997 g/mol
녹는점: 318 °C (분해)
끓는점: 1390 °C
CAS 번호: 1310-73-2
주된 용도: 염기, 제지, 화학 프로세스 등
위험성: 강력한 염기로, 피부와 눈에 손상을 줄 수 있습니다. 물과 반응하여 열을 발생시키므로 조심해야 합니다.
유해위험 문구
금속을 부식시킬 수 있음 피부와 접촉하면 유해함
피부에 심한 화상과 눈에 손상을 일으킴 눈에 심한 손상을 일으킴

5.톨루엔 (Toluene):
화학식: C7H8
분자량: 92.14 g/mol
녹는점: -95 °C
끓는점: 110.6 °C
CAS 번호: 108-88-3
주된 용도: 용매, 화학 반응의 출발물질 등
위험성: 증기는 화재 위험이 있으며, 흡입하면 중추 신경계에 영향을 줄 수 있습니다.
유해위험 문구 고인화성 액체 및 증기
삼켜서 기도로 유입되면 치명적일 수 있음
피부에 자극을 일으킴
졸음 또는 현기증을 일으킬 수 있음
태아 또는 생식능력에 손상을 일으킬 것으로 의심됨(알려진 특정한 영향을 명시한다. ) (생식독성을 일으키는 노출 경로를 기재한다. 단, 다른 노출경로에 의해 생식독성을 일으키지 않는다는 결정적인 증 거가 있는 경우에 한한다.)
장기간 또는 반복노출 되면 장기(영향을 받는 것으로 알려진 모든
장기를 명시한다.)에 손상을 일으킬 수 있음(특정표적장기독성(반복 노출)을 일으키는 노출 경로를 기재. 단, 다른 노출경로에 의해 특정 표적장기독성(반복노출)을 일으키지 않는다는 결정적인 증거가 있 는 경우에 한한다.)

NaCl (Sodium Chloride):
화학식: NaCl
분자량: 58.44 g/mol
녹는점: 801 °C
끓는점: 1413 °C
CAS 번호: 7647-14-5
주된 용도: 식품 조미료, 염소 소독제 등
위험성: 대체로 안전하지만 과량 섭취시 심각한 응급상황을 일으킬 수 있습니다.
유해위험문구
자료없음

출처 MSDS 물질검색
<이소프로필 알코올>, <에탄올>, <헥사데실트리메틸암모늄 브롬>, <수산화나트륨>, <톨루엔>, <염화 나트륨(SODIUM CHLORIDE)>

https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdssearchMsds.do

안전보건공단 화학물질정보 | MSDS검색

 

8. [실험 방법]실험의 간략한 과정은 다음과 같다.

비누는 대표적인 계면활성제로서 분자의 한쪽에는 카복실기로 구성된 [1]이 있고, 반대쪽에는 탄소사슬로 구성된 [2]이 있다. 비누 분자내의 [3] 부분은 지방질 성분과 결합하여 [4]을 형성하게 된다. 미셸 표면의 [5]는 주위의 물 분자와 상호 작용을 통해 옷이나 피부로부터 더러운 지방질 성분을 떼어내게 된다.

위의 [1] ~ [5] 빈칸을 채우시오

실험1. 비누 만들기
① 식용유 10 mL, 에틸알콜 8 mL, 25% NaOH 용액 8 mL를 250 mL 삼각플라스크에 넣는다.
② 비등석이 담긴 1 L 비커에 수돗물을 약 700 mL정도 채운다.
③ 비커에 ① 번의 삼각플라스크를 넣고 20분 동안 물중탕을 한다. (석면을 놓고, 그 위에 비커를 올려놓고 끓이면서 스탠드와 클램프를 이용하여 삼각플라스크의 높이를 조절한 후 단단히 고정시킨다.)
④ ③번 과정 중에 반응이 잘 진행될 수 있도록 유리막대를 이용하여 20분 동안 저어준다. (면장갑을 착용하여야 한다.)
⑤ 반응이 끝난 뒤 250 mL 삼각플라스크를 꺼내 개수대에서 찬물을 이용하여 빠르게 실온으로 냉각시킨다. (삼각 플라스크를 잡고 꺼내면 화상의 위험이 있으므로 클램프 유닛 채로 분리하여 식혀준다.)
⑥ 플라스크에 10% 소금물(NaCl 용액) 60 mL을 넣어준다. 이 때, 고체형태로 비누가 형성된다.
⑦ 감압여과장치에 필터페이퍼를 깐 후 증류수로 살짝 적셔둔 뒤, 삼각 플라스크 안의 내용물을 옮긴다.
⑧ 비누 한 스푼 정도를 증류수 50 mL에 녹여 비눗물을 만들고 pH를 측정한다.
⑨ 여과시킨 비누 일부를 이용해 거품이 생기는 것을 관찰하여 비누가 형성되었는지를 확인한다.

 

 

실험2. CTAB를 이용한 에멀젼 만들기

2-1) 계면 활성제가 없는 에멀젼
① 증류수 3 mL와 톨루엔 3 mL를 10 mL 메스실린더에 넣는다. 물과 유기층이 확실하게 구분되면, 각 층의 부피와 혼탁 정도를 기록한다.
② ①의 메스실린더에 2-프로판올을 1 mL넣어준다. 유리 막대로 천천히 섞어준다.
(유리막대로 살살 저어주어 메스실린더가 깨지지 않게 조심한다.)
③ 위의 실린더를 20분간 방치한 후에 물과 톨루엔의 경계면 유무와 혼탁도에 대해서 적는다.

2-2) 계면 활성제가 있는 에멀젼
① 증류수 3 mL, 0.5% CTAB 수용액 3 mL를 10 mL 메스실린더에 넣은 후에 톨루엔 3 mL를 넣어준다. (유리막대를 사용하여 천천히 섞어준다.)
② 메스실린더에 2-프로판올을 1 mL를 넣어준다. 유리 막대로 천천히 섞어준다.
③ 실린더를 20분간 방치한 후에 물과 톨루엔의 경계면 유무와 혼탁도에 대해 기록한다.
④ 위와 같은 방법으로 10% CTAB 수용액 3 mL에 대해서도 실험을 실시한다.
⑤ CTAB와 비교하기 위해 실험1에서 만든 비눗물 3 mL에 대해서도 위와 같은 방법으로 실시한다.

다음은 비누의 작용 원리이다. 주어진 보기를 이용하여 빈칸을 채우시오.
(보기: 식물성기름, 소수성기, 글리세롤, 미셀, 친수성기, CTAB)

8-A.

[1] 친수성

[2] 친유성 (소수성)

[3] 소수성

[4] 미셀

[5] 친수성