때를 제거하는 비누의 원리

몸에 지저분한 게 묻었을 때, 땀을 흘렸을 때, 빨래할 때. 더러운 것을 없앨 때 가장 먼저 생각하고 사용하는 것이 바로 비누일 텐데요!
곰곰이 생각해보면 비누는 어떻게 때 혹은 더러움만을 구별해서 제거하게 되는 걸까요?

먼저 비누는 어떻게 만들어지는지 알아봅시다!

요즘이야 비누가 좋은 재료와 다양한 재료를 사용해서 용도와 자신이 원하는 효과에 맞추어 만들어지고 사용되지만, 기본적으로 비누는 값싸고 얻기 쉬운 재료로 만들어졌습니다. 기름과 나무를 태운 재, 그리고 가끔은 석회도 쓰였고요. 그렇다면 값싼 재료로 만들어지는 비누가 왜 비싸게 판매되는 걸까요? 가게에 가서 판매 중인 비누를 한번 살펴보세요. 비누 자체 말고도 양을 늘리기 위한 혼합물, 염료, 향료, 탈취제 등이 굉장히 많이 들어있습니다. 그리고 비누를 홍보하기 위한 엄청난 광고가 들어가 있습니다.

비누는 지방과 알칼리를 합쳐서 만들었기 때문에 기름기가 있는 유기물과 쉽게 친해지는 유기성분이 있으면서도 물에 쉽게 끌리는 무기 성분도 있습니다. 그래서 비누는 기름때가 세탁물에 잘 섞이도록 하는 뛰어난 능력이 있는 것입니다.

우리가 더럽다고 부르는 것에는 다양한 물질이 들어있습니다. 무엇이든 때가 될 수 있다는 얘기인데, 비누는 똑같은 물질임에도 불구하고 때만 가려서 씻어냅니다. 어떻게 더러움을 구별하는 걸까요?

단순하게 물과 기름의 속성에서 찾아볼 수 있습니다. 우리가 때(이물질)라고 부르는 것은 대부분 기름 성분으로 되어있거나 기름 성분으로 인해 몸이나 물건에 붙어 있는 것입니다. 그리고 비누는 기름을 제거하는 데 아주 좋은 물건입니다. 미세한 때의 알갱이들은 틈으로 들어가거나 습기와 함께 들러붙는 것입니다. 어느 쪽이든 물로 씻어내면서 비벼주기만 하면 떨어져 나가게 됩니다. 하지만 입자가 기름 코팅을 쓰고 있다면 어떨까요? 물은 기름과 전혀 섞이지 않기 때문에 물로만 씻어낸다면 물은 그대로 흘러내립니다. 기름으로 엉겨 붙은 때를 제거하기 위해서는 기름을 파괴해야만 하는 것입니다. 그렇다면 알코올이나 휘발유 같은 기름을 잘 녹이는 것들을 사용해도 되겠죠? 바로 드라이클리닝이 이 원리를 이용하는 것입니다. 그런데 사람이 이러한 물질로 목욕한다면 때를 녹여서 지우면서 건강에 아주 치명적인 영향을 받게 될 것입니다. 알코올이나 휘발유, 등유 등은 기름을 녹이는 기능이 아주 뛰어나기 때문입니다. 그래서 우리는 이것과 성능은 비슷하면서 독성은 별로 없는 비누를 사용합니다. 기름을 물과 섞이도록 유인해서 물에 씻겨 나갈 수 있도록 만드는 일을 할 뿐입니다.

비누 분자는 긴 끈 모양을 하고 있습니다. 거의 '꼬리' 부분으로 되어있는데, 이 부분은 기름 분자와 똑같이 생겼기 때문에 기름 분자들과 쉽게 친해집니다. 그리고 반대쪽 끝에 있는 '머리' 부분은 물 분자와 섞이기 좋아합니다. 비누 분자 전체를 물속으로 끌어들여 물에 녹게 만드는 것이 머리 부분입니다. 비누 분자들이 물속을 헤엄쳐 다니다가 기름기의 때 알갱이를 만나면 기름과 쉽게 친해지는 꼬리 부분이 기름 분자를 잡습니다. 그리고 물을 좋아하는 머리 부분이 물과 꽉 결합하면서 기름때가 물속으로 끌려 들어오게 됩니다. 꼬리에 잡혀있는 기름때 알갱이가 피부나 옷 표면에서 떨어져 나와서 하수구로 흘러 들어가는 것입니다.

비누가 하는 일 중에 또 한 가지 중요한 일은 더 축축하게 만드는 것입니다. 무슨 뜻일까요? 비누로 인해 물이 사람의 몸이나 옷의 홈이나 틈 사이로 더 잘 스며들게 된다는 뜻입니다. 물 분자들은 서로 강하게 끌어당겨서 연결됩니다. 어떤 입자든 그 집단이 가장 튼튼하게 연결되어 유지되려면 공 모양을 이루는 것이 제일 좋습니다. 그렇기 때문에 빗방울이나 이슬방울 같은 물 분자 집단이 동그란 공 모양을 하고 있는 것입니다. 이렇게 분자를 안으로 끌어들이는 힘을 표면 장력이라고 하는데, 표면장력이 생기는 이유는 표면에 있는 분자들이 어떤 면에서는 안쪽의 분자들과 다르기 때문입니다.

어떤 액체 분자의 집단이 있다고 생각해봅시다. 하나하나의 분자들은 자신의 주위에 있는 분자들의 중력에 이끌립니다. 서로 똑같이 끌어당기기 때문에 이 힘들은 사라지게 되는데, 가장 위에 있는 분자는 위에서 당기는 분자의 힘이 하나도 없어서 아래쪽으로 당기는 힘이 사라지지 않고 남아 있게 됩니다. 그래서 다른 분자들보다 튼튼하게 들러붙고, 팽팽한 가죽으로 싸인 것처럼 움직이는 것입니다. 그래서 조그만 물체를 놓으면 가라앉지 않고 떠 있습니다. 쉽게 소금쟁이가 물 위를 마음대로 왔다 갔다 하는 것도 이 표면장력 덕분입니다.

자, 그러면 비누를 등장시켜 봅시다. 비누 분자는 물과 친한 머리를 물 쪽으로 두고 기름과 친한 꼬리를 밖으로 빼놓은 채 물 위 근처로 몰려들어서 물의 표면장력을 깨뜨려버립니다. 그러면 물 분자들이 서로 꽉 연결된 성질이 방해를 받게 되고 물은 다른 물질에 들러붙기도 하면서 물건을 적시게 됩니다. 단단한 결합이 파괴되기 때문에 비눗물에는 가벼운 바늘도 뜨지 않게 되는 것입니다.

표면장력이 있기 때문에 우리는 쇠로 된 바늘을 물 위에 띄울 수 있습니다. 그릇에 물을 떠 놓고 바늘을 조심스럽게 내려놓아 보면 바늘이 띄워지는데, 가루비누(세제 등)를 바늘 위가 아닌 바늘 근처에 조금씩 뿌려보고 관찰해보세요. 가루비누는 뭉쳐놓은 일반 비누보다 표면장력을 더 잘 깨뜨리기 때문에, 가루비누가 녹자마자 깨어진 표면장력 때문에 물속으로 가라앉는 바늘을 볼 수 있을 것입니다.