물과 기름이 섞일 수 있는 방법이 개발되었다는데 어떤 원리인가요?

Question

물과 기름은 서로 극성이 달라 계면활성제나 유화제를 사용하지 않고는 섞이지 않는 것으로 알고 있습니다.

그런데 이것이 필요없이 물과기름이 섞일 수 있는 방법이 개발되었다는데 어떤 원리 인가요? 감사합니다

Answer 1

안녕하세요. 장철연 과학전문가입니다.

물과 기름이 섞이지 않는 이유는 단위부피당 질량이 다른 밀도가 다르기 때문인데요 밀도의 기준을 물로 잡았을때 우리는 그걸 비중이라는 단위를 씁니다 비중이 물보다 가벼우면 물위로 뜨고 무거우면 가라앉게 되는거죠

그 비중에 분자의 결합각 구조가 물이랑 결합이 잘되는 구조(친수성)면 잘 녹아들어가고, 물이랑 결합이 구조면(소수성) 잘 안 녹아듭니다

물과 기름은 비중도 다르고 기름도 소수성이기에 극명하게 Phase가 나뉘게 되는 것이지요

하여 화학적으로 비누같은 계면활성제를 쓰게 되면 소수성 분자구조를 폼모양으로 둘러싸게되고(미쉘)

둘러싼 분자구조가 친수성을 띄게 되면서 물어 기름이 녹아들게 되는데 화학적이 아닌방법을 찾으신다면 아무래도 기계적장치로 물과 기름이 섞이게 만들 수도 있습니다. 특정 진동에 버블젯을 주게되면 그 버블이 미쉘을 형성하여 물과 기름이 섞이게 되는데 아무래도 화학적으로 섞는게 가격이 싸다보니 질문자주변에서는 화학적방식이 익숙하실듯 합니다

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

원통형의 초음파센서를 이용하여 원통형 중앙에 강력한 음장을 발생시킨 다음 그 중앙부에 발생하는 강력한 기포(cavitation)의 폭발력을 이용해서 기름을 아주 작은 사이즈로 쪼개어 물과 기름을 실온에서 계면활성제를 사용하지 않고 섞는 기술입니다. 이 기술을 이용하면 기름 입자를 100 nm 정도의 작은 크기로 쪼갤 수 있습니다. 그러면 물속에서 기름이 떠오르려고 하는 구동력(운동)보다 브라운 운동(물속에서 불규칙적으로 입자가 움직이는 현상)에 의한 구동력이 커서 오랫동안 그 상태(섞인 상태)를 유지하게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

최근에 개발된 물과 기름을 섞는 방법은 초음파 기술을 이용하는 것입니다. 초음파 기술은 고주파의 음파를 이용하여 물질의 표면을 진동시키는 기술입니다. 초음파를 이용하면 물과 기름의 표면장력이 낮아져서 서로 섞일 수 있습니다

Answer 4

안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.

첫 번째 방법은 계면활성제를 사용하는 것입니다. 계면활성제는 물과 기름의 경계면에서 두 물질을 연결해 주는 역할을 합니다. 계면활성제는 물에는 친수성(친물성) 머리가 있고, 기름에는 소수성(소물성) 꼬리가 있습니다. 계면활성제가 물과 기름의 경계면에 있을 때, 친수성 머리는 물쪽으로, 소수성 꼬리는 기름쪽으로 향하게 됩니다. 이러한 구조로 인해 물과 기름이 혼합될 수 있게 됩니다.

두 번째 방법은 초음파를 사용하는 것입니다. 초음파는 물과 기름의 경계면에서 캐비테이션 현상을 일으킵니다. 캐비테이션 현상은 초음파의 진동에 의해 물이나 기름에 생성되는 작은 기포가 폭발하는 현상입니다. 기포가 폭발할 때, 기포 내부의 압력이 급격히 높아지면서 기름이 미세한 입자로 분해됩니다. 이렇게 분해된 기름 입자는 물과 잘 섞일 수 있습니다.

한국표준과학연구원 연구진은 초음파를 이용해 물과 기름을 섞는 기술을 개발했습니다. 연구진은 초음파를 물과 기름의 혼합 용액에 집중시켜 기름 입자를 나노미터 크기로 분해하는 데 성공했습니다. 이렇게 분해된 기름 입자는 물과 잘 섞여 균일한 혼합물을 만들 수 있습니다.

이 기술은 기존의 계면활성제를 사용하지 않기 때문에, 환경 친화적이라는 장점이 있습니다. 또한, 계면활성제의 경우 사용량이 많을수록 거품이 생기거나 침전물이 생길 수 있는데, 이 기술은 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.

이 기술은 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 예를 들어, 화장품이나 식품의 제조, 의약품의 개발 등에 활용될 수 있습니다.

Answer 5

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

물은 친수성, 기름은 소수성이라 잘 섞이지 않습니다. 하지만 여기에 세제나 비눗물 같이 계면활성제가 들어 있는 것들을 넣으면 섞여 집니다.