(18) 물과 기름은 왜 분리될까?

물과 기름은 왜 분리될까?

그 이유는 이것은 그들이 서로 다른 극성과 분자간 힘을 가지고 있기 때문이다.

물은 극성 분자인데, 이것은 원자들의 배열로 인해 양의 끝과 음의 끝을 가지고 있다는 것을 의미한다.

물 속의 산소 원자는 약간의 음전하를 가지고 있는 반면, 수소 원자는 약간의 양전하를 가지고 있다.

이것은 전하의 불균일한 분포를 만들어 물을 극성 분자로 만든다.

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반면에 기름은 비극성 분자로 전하의 분리가 없고 양극이나 음극의 끝이 없다는 것을 의미한다.

이것은 석유 분자가 일반적으로 탄소와 수소 원자의 긴 사슬로 구성되어 있기 때문인데, 이들은 유사한 전기 음성도를 가지고 있고 전하의 분리를 만들지 않는다.

물과 기름이 함께 섞이면 극성 물 분자는 쌍극자-쌍극자 상호작용을 통해 서로 끌어당기고, 비극성 기름 분자는 런던 분산력을 통해 서로 끌어당긴다.

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극성과 비극성의 힘은 두 물질이 섞이기에는 너무 다르기 때문에 서로 다른 층으로 분리된다.

그외에도 기름은 물보다 밀도가 낮아서, 물 위에 뜨게 되는데, 이 물리적 특성 또한 두 물질의 분리에 기여한다.

이러한 분리는 기름이 바다 표면에 유출될 때나 기름과 물이 같은 조리법에 사용될 때와 같은 많은 자연적인 과정에서 볼 수 있다.

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런던분산력이란 무엇일까?

런던 분산력(London dispersion)은 모든 분자 사이에 존재하는 약한 분자간 힘의 일종으로, 극성에 관계없이 존재한다.

이러한 힘은 분자 내 전자 분포의 일시적인 변화로 인해 발생하며, 순간 쌍극자를 생성한다.

이 순간 쌍극자는 이웃한 분자에 쌍극자를 유도하여 두 분자 사이에 약한 인력을 유도할 수 있다.

이 인력은 종종 런던 분산이 유형인 반 데 발스 세력이라고 불린다.

런던 분산력의 세기는 분자의 크기와 포함된 전자의 수에 따라 달라진다.

앞서 설명한 것을 통해 더 많은 전자를 가진 더 큰 분자는 더 크고 더 쉽게 분극 가능한 전자 구름을 만들 수 있기 때문에 더 강한 런던 분산력을 가질 것이란 것을 유추해 볼 수 있다.

이것이 전형적으로 더 크고 복잡한 탄화수소나 귀금속과 같은 분자들이 상대적으로 강한 런던 분산력을 갖는 이유이다.

런던 분산력은 화학과 물리학의 많은 분야에서 중요하며, 특히 분자간 상호작용, 분자역학, 재료과학의 연구에서 중요하다.

또한 단백질 접힘 및 분자 인식과 같은 많은 생물학적 과정과 관련이 있다.