본문내용
1. 비누 만들기
1.1. 실험 목적
비누 만들기를 통해서 계면활성제의 작용을 이해하고 비누의 원리를 이해하는 것이 실험의 목적이다.
동물성 지방이나 식물성 기름 속에는 글리세릴 에스테르라는 화합물이 포함되어 있는데, 이 에스테르 화합물을 염기용액과 함께 가열하면 글리세롤과 지방산 염으로 가수분해 되는 반응인 비누화 반응을 통해 비누를 만들 수 있다. 비누는 대표적인 계면활성제로서 분자의 한쪽에는 친수성기가 있고 반대쪽에는 친유성기(소수성기)를 가지고 있다. 비누 분자의 소수성 탄화수소 부분은 지방질 성분과 결합하여 미셀을 형성하게 되고, 미셀 표면의 친수성인 카르복실기는 물 분자와 상호작용하여 옷이나 피부로부터 더러운 지방질 성분을 씻어내는 세정작용을 한다.
따라서 이번 실험을 통해 비누 만들기 과정에서 나타나는 계면활성제의 작용 메커니즘과 비누의 구조 및 원리를 이해할 수 있을 것이다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 비누화 반응
동물성 지방이나 식물성 기름 속에는 글리세릴 에스테르라는 화합물이 포함되어 있다. 자연에서 발견되는 대부분의 글리세릴 에스테르는 한 종류 이상의 카르복실기를 가지고 있는데 이러한 에스테르 화합물을 염기용액과 함께 가열하면 글리세롤과 지방산 염으로 가수분해 된다. 이러한 과정을 "비누화 반응(saponification)"이라고 한다. 이 과정의 역반응은 에스테르화 반응이라고 한다.
위 그림에서 n은 고급지방산의 산기로서 탄소 6개 이상의 지방산이 사용된다. 에스테르 화합물이 염기와 반응하면 글리세롤과 지방산 염이 생성되는데, 이렇게 생성된 지방산 염이 바로 비누이다. 즉, 지방과 알칼리가 반응하면 비누가 된다. 이러한 비누화 반응을 통해 유지나 밀랍으로부터 전통적으로 비누를 만들어 왔다.
1.2.2. 계면활성제로서의 비누
비누는 대표적인 계면활성제 중 하나로, 분자의 한쪽에는 친수성기가 있고 반대쪽에는 친유성기(소수성기)를 가지고 있다. 비누 분자 내의 소수성 탄화수소 부분은 지방질 성분과 결합하여 미셀(micell)을 형성하게 된다. 미셀 표면의 친수성인 카르복실기는 주위의 물 분자와 상호 작용을 통해 옷이나 피부로부터 더러운 지방질 성분을 떼어내게 된다. 따라서 비누의 계면활성 작용은 분자 내에 존재하는 친수성기와 소수성기의 성질 때문에 가능하다고 할 수 있다.""
1.2.3. 에스테르, 카르복실산, 알콜의 구조와 특징
에스테르, 카르복실산, 알콜의 구조와 특징은 다음과 같다.
에스테르는 산과 알코올이 탈수 축합 반응을 통해 생성된 화합물로, 일반식은 R'COOR이다. 에스테르는 다양한 향기를 지니고 있어 향수, 에센스 등에 사용되며 많은 과일에서 그 향을 제공한다. 또한 염기성 용액이나 산에 의해 가수분해되어 원래의 산과 알코올로 되돌아갈 수 있다. 2가 이상의 산에는 중성에스테르와 산성에스테르가, 2가 이상의 알코올에는 중성에스테르와 알코올성 에스테르가 존재한다. 중성에스테르는 일반적으로 물에 녹기 어렵지만 유기용매에 잘 녹고 휘발성이 있어 향기가 좋은 중성 액체인 반면, 산성에스테르는 비휘발성이며 물에 녹아 산성을 나타내고 염기와 반응하여 염을 형성한다."
카르복실산은 분자 내에 카복실기(-COOH)를 가진 유기화합물로, 일반식 RCOOH를 가진다. 카르복실산의 염이나 에스테르는 카복실레이트라고 부른다. 카르복실산은 분자량이 작을수록 끓는점과 녹는점이 낮고, 수소결합으로 인해 물에 대한 용해도가 크다. 카르복실산은 탄소 수에 따라 모노카복실산, 디카복실산, 트리카복실산으로 분류되며, 탄소 사슬의 구조에 따라 지방족 카르복실산과 방향족 카르복실산으로 나뉜다."
알코올은 분자 내에 하이드록시기(-OH)가 결합된 유기화합물을 총칭한다. 일반식은 ROH(R=알킬기)이며, 하이드록시기의 개수에 따라 1가, 2가, 3가 알코올로 구분된다. 대표적인 알코올로는 에탄올(C2H5OH)이 있으며, 이는 ...
