비누의 화학

 

■ 비누를 만드는 방법

비누의 원료는 동식물성 유지입니다. 유지는 글리세린에 3개의 지방산이 결합한 형태를 하고 있으며, 수산화나트륨(가성소다)과 같은 강알칼리와 반응시키면 가수분해하여 지방산나트륨(비누)과 글리세린이 됩니다.

The Chemistry of Soap
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Image: The Chemistry of Soap – Wild Earth Apothecary

사용되는 유지에 따라 지방산의 종류가 다릅니다. 원료 유지에 따라 성질이 다른 비누가 만들어집니다. 비누는 길이가 다르거나 이중결합이 있거나 없는 등 다양한 지방산의 혼합물임을 알 수 있습니다. 예를 들어 팜유에 포함된 프릴산 및 올레산을 비교해 보면, 　　　　　

프릴산 CCCCCCC-COOH 　　　　　
올레산 CCCCCCCCC = CCCCCCCC-COOH 　

라는 식으로 길이는 2배 이상 차이납니다. 일반적으로 탄소수가 많고 이중결합이 없는 지방산으로 만들어진 비누는 물에 녹기 어렵고, 비누찌꺼기가 생기기 쉬운 반면 이중결합이 있는 지방산으로 만들어진 비누는 산화되기 쉬워 누렇게 변하는 현상의 원인이라고 알려져 있습니다.

비누는 이와 같이 동식물성 유지로 만들어집니다. 우리가 기름을 먹은 경우에도 지방은 장에서 지방산과 글리세린으로 분해되어 소화흡수가 됩니다. 즉 비누는 자연계에 극히 보편적으로 존재하는 것이며, 사람의 몸을 구성하는 물질의 일부입니다. 그러므로 비누는 피부에 자극이 적고 독성도 작다는 것을 쉽게 이해할 수 있습니다.

■ 비누의 성질을 알자

비누는 계면활성제로서 매우 뛰어나고 독특한 성질을 가지고 있습니다. 이 특성을 제대로 이해하면 지금까지 비누의 단점이라고 생각되었던 점이 장점으로 보이기 시작합니다. 또한 능숙하게 비누를 사용하여 비누의 능력을 100% 살릴 수 있습니다.

아래의 그림은 비누의 농도와 오염물질의 용해량의 관계를 보여줍니다. 그림에서 알 수 있듯이 비누의 농도가 낮을 때는 완전히 오염물질을 녹이지 못합니다. 비누가 미셀을 만들어 기름을 녹이기 위해서는 수중에 0.06%(600ppm) 이상의 농도가 필요합니다. 일반 세탁으로 사용되는 비누 농도는 0.13%(1300ppm) 정도입니다. 세탁물의 양에 맞게 비누를 넣지 않고, 너무 적은 농도일 경우 전혀 세정력을 발휘하지 못하고, 너무 높은 농도일 경우에는 낭비일 뿐만 아니라 대량의 비누찌꺼기가 발생하여 헹구는데 많은 물을 사용하게 됩니다.

합성세제는 10ppm 정도의 적은 농도에서도 계면활성제 역할을 하므로 비누에 비해 사용할 수 있는 농도 범위가 넓어 사용하기 쉽습니다만, 헹굼이 어려워 언제까지나 거품이 남아있습니다. 비누는 헹굼 1회 정도로 계면활성제로서의 힘을 잃게 됩니다. 비누가 거품이 잘 사라지는 이유가 이 성질 때문입니다. 배수를 생각하면 비누는 즉시 비누찌꺼기가 되어 미생물에 의해 분해되지만, 합성세제는 오염을 널리 퍼뜨립니다. 강과 바다에 도달해도 본래 녹지않는 다른 오염물질을 녹여 물을 탁하게 하거나 수생생물이 오염물질을 흡수하게 합니다.

비누가 알칼리성의 물은 사용할 수 있지만, 중성이나 산성의 물에서 사용할 수 없는 이유는 다음과 같습니다. 비누는 지방산이온으로써 계면활성제로 작용하지만, 산성의 물(수소이온이 많은 물)에서는 수소이온과 결합하여 '지방산(분자)'이 됩니다. 이것은 물에 녹기 어렵고 계면활성 작용도 없습니다. 비누액에 식초를 넣으면 비누액이 하얗게 탁해지고 거품이 사라집니다. 그러나 지방산 분자를 알칼리화하면 지방산 이온이 되어 계면활성 작용이 되살아납니다. 가루비누에 알칼리 조제(탄산나트륨)를 넣는 것은 이런 이유 때문입니다.

경도 성분이 있으면 비누찌꺼기가 발생합니다. 비누는 칼슘과 마그네슘 이온과 강하게 결합하여 금속비누(비누찌꺼기)를 만듭니다. 비누찌꺼기는 매우 물에 녹지 않아 옷이나 배수구에 부착되는 말썽꾸러기입니다.

출처 참조 번역
石けんの作り方
http://sekken-life.com/life/soap_chem.htm