석유화학과 떼려야 뗄 수 없는 고분자와 친해지길 바라!

안녕하세요, 블로그 지기입니다. 그동안 한화토탈은 다양한 주제의 과학 콘텐츠를 발행해 왔는데요. 아무리 재미있고 유익한 콘텐츠라지만, 아무리 읽어도 이해가 안 가는 부분이 분명 있었을 거라 생각됩니다. 그 중 특히 많이 언급되었던 용어, 고분자! 

오늘은 한화토탈의 과학 콘텐츠를 더욱 잘 이해하고, 즐길 수 있도록! 석유화학과 떼려야 뗄 수 없는 ‘고분자’에 대해 조금 더 자세하게 설명하겠습니다!

 

 

01

10,000 분자들의 모임, 고분자

   

 

‘고분자’는 화합물 중 높은 분자량을 가지는 것으로 1만 이상의 분자들이 반복적인 화학 결합을 통해 만들어지는 것입니다. 

고분자는 천연 고분자와 합성 고분자로 분류할 수 있는데요. 먼저, 천연 고분자는 자연계에서 만들어지는 고분자로 단백질, 탄수화물, DNA, 천연고무와 같은 생체 고분자와 유리와 같은 천연 무기 고분자로 나뉩니다.

합성 고분자는 천연 고분자와 달리 인공적인 결합을 통해 사슬과 그물 모양으로 만들어진 매우 큰 분자입니다. 우리가 많이 사용하는 섬유, 플라스틱, 고무 등이 합성 고분자에 포함되는데요. 각 분자는 ‘중합 반응’을 통해서 고분자가 됩니다. 

 

 

02

고분자를 얻으려면 ‘단량체’가 필요해!

  

 

앞서 알아본 고분자 중합체의 단위 구조 분자를 ‘단량체(monomer)’라고 합니다. 단량체 중 한 종류의 단량체로 이루어진 것을 단일중합체(homopolymer)라고 하는데요. 단일중합체의 대표적인 예시로는 에틸렌을 중합시켜 만든 폴리에틸렌이 있습니다.

단일중합체와 달리 두 종류 이상으로 구성된 것을 공중합체(copolymer)라고 합니다. 서로 다른 물성의 단량체를 사용하면 다양한 물리적 특성을 지닌 고분자를 얻을 수 있습니다. 공중합체의 구조에는 크게 교대 공중합체, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체가 있는데요.

교대 공중합체는 이름과 같이 두 개의 단량체가 서로 반응하여 교대로 배열되어 만들어지는 것입니다. 블록 공중합체는 각각의 단중합체가 화학적으로 연결된 것입니다. 반복 구조를 이루는 교대 공중합체와 다르게 각각의 각 단중합체의 영역을 구분할 수 있으며 이를 블록이라고 합니다. 

마지막으로 하나의 사슬에 두 종류 이상의 단량체가 규칙성 없이 중합된 것을 랜덤 공중합체라고 합니다. 배치에 규칙이 있는 앞선 두 공중합체와 달리 랜덤 공중합체는 각 단량체가 불규칙하게 분포되어 있습니다.

 

 

03

분자에서 고분자가 되는 법, 중합

   

 

각 분자가 모여 고분자가 되기 위해서는 ‘중합 반응’을 거쳐야 합니다. 중합은 분자가 단량체에 기초한 반복 구조를 갖는 고분자가 되기 위한 화학반응입니다. 중합은 크게 세 종류로 나눌 수 있습니다. 

첫 번째로 축합 중합이 있습니다. ‘축합’이라는 단어가 매우 낯설게 느껴지실 텐데요. 축합은 두 분자, 혹은 그 이상의 분자가 반응하여 작은 분자가 빠지면서 더 큰 분자로 되는 것입니다. 예를 들어 설명하면, 알코올 분자가 두 개일 경우, 두 분자가 반응하여 물 분자가 빠지게 됩니다. 이때 물 분자가 빠지면서 알코올보다 더 큰 분자인 에테르가 생성되는 것이죠. 

또 다른 고분자 생성 반응으로는 ‘첨가 중합’ 또는 ‘부가 중합’이라고 불리는 중합법이 있습니다. 이 중합법에서는 이중 결합이나 삼중 결합을 갖는 단위체가 반복적인 첨가 반응을 통해 고분자가 되는 것으로, 앞선 축합 중합과 달리 분자나 원자가 이탈하지 않습니다. 

마지막으로 ‘개환 중합’이라고도 불리는 ‘고리열림중합’은 고리 모양 화합물의 고리가 열려 선 모양의 중합체가 되는 것입니다.

 

 

04

고분자의 상태를 나타내는 물리적 성질

   

 

석유화학은 세상에 존재하는 물질, 물체의 성질과 운동, 그사이의 관계나 법칙을 탐구하는 물리학과도 밀접한 연관이 있습니다. 화학적 반응을 통해 만들어진 여러 물질의 상태를 나타내고 이해하기 위하여 물리적 성질을 측정하기 때문입니다. 물리적 성질은 ‘물리적 상태를 표현하는 다양한 성질’을 뜻하며. 일반적으로 역학적, 전기적, 자기적, 열적 성질 등을 측정합니다. 

물리적 성질은 크게 세기 성질과 크기 성질로 분류할 수 있는데요. 보통 석유화학에서는 압력, 온도, 농도, 밀도, 녹는점, 끓는 점 등의 세기 성질을 중요하게 생각합니다. 세기 성질은 해당 소재가 얼마나 단단한 지, 주변 환경에 얼마나 영향을 받는 지 알 수 있는 지표이기 때문입니다.

각 물리적 성질을 나타내는 용어들이 참 많은데요. 그중 자주 언급되는 몇 가지만 알아보도록 하겠습니다! 먼저 내열성, 내한성, 내수성, 내유성 등이 있는데요. 단어의 맨 앞에 있는 내(耐)는 ‘견디다, 참다’라는 뜻의 한자어로 각 단어는 높은 온도, 낮은 온도, 수분, 그리고 기름 작용에 잘 견디는 성질을 뜻합니다. 이와 비슷하게 내마모성은 마찰에 닳지 않고 잘 견디는 성질, 내노화성은 기능이 오래 지속되는 성질을 뜻합니다.


오늘은 한화토탈 콘텐츠에서 많이 언급되었던 ‘고분자’에 대하여 알아보았습니다. 이번 콘텐츠를 통해 우리 모두 화학, 과학과 더 친해지는 계기가 되면 좋겠습니다. 혹시 그동안 읽었던 한화토탈의 콘텐츠 중 이해가 어려웠던 단어나 과학 법칙이 있으면 댓글로 남겨주세요! 다음에는 더욱 알찬 내용으로 돌아오겠습니다.

 

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