아인슈타인도 몰랐던 과학이야기

찬물로 물을 끓여보자 1. 왜 그럴까? 물이 공기 1기압 상태일 때 100℃ 온도에서 끓는다는 것은 물 분자가 열에너지를 받으면 분자 운동이 자유로와져 공기 중으로 퍼져 나가는 것을 말하며 이와같이 공기중으로 퍼져 나가는 물분자들을 수증기라고 한다. 실험에서와 같이 둥근플라스크의 물이 끓기 시작하면 플라스크 안에는 물과 수증기가 빈 공간을 가득 채우게 되며 이 때 수증기는 물에게 압력을 가하게 된다. 이러한 수증기의 압력은 물이 끓기전 공기의 압력과 같이 물이 끓어 오르는 것을 방해하는 상태이며, 끓던 물을 마개로 막아 뒤집어 세워두면 그 동안에 식어서 물이 끓지 않고, 그 플라스크 안에는 100℃가 안 되는 물과 수증기가 들어 있게 된다. 이 수증기의 압력을 제거하게 되면 낮은 온도에서도 물이 끓어 오르는 현상을 보이게 되는 것이다. 바로 플라스크 안의 수증기에 찬물을 부어 플라스크 안의 온도를 낮추면 내부를 채우고 있던 수증기가 물방울로 바꾸게 되고 수증기가 있던 자리는 부분 진공이 되어 둥근플라스크 안의 물은 낮은 온도에서도 끓게 되는 것이다. 플라스크의 내부 기압이 내려가는 것을 확인해 보고 싶으면 고무마개에 유리관을 꽂아 고무관을 연결하고 그 끝을 물에 담가 두었다가 찬물을 부으면 기압차에 의해 밑에 있는 물이 플라스크 안으로 올라가서 분수가 생기는 것을 확인할 수 있다. 2.끓는다는 것은? 녹아서 흘러 다니는 물이나 용광로 속의 쇳물 같은 액체는 열에너지를 더 받으면 더욱 자유로와져서 증기가 되어 공기 중으로 퍼져 나간다. 즉 끓어서 기체가 되어 날아간다. 물과 쇳물은 각기 다른 온도에서 끓게 된다. 물은 100℃, 쇳물은 2800℃에서 끓는다. 이와 같이 각각의 물질들은 각기 다른 온도에서 끓기 때문에 이 때의 온도를 그 물질의 '끓는점'이라고 하여 물질의 특성이 된다. 차를 타 마시려고 맹물을 끓일 때와 찌개를 끓일 때를 한 번 생각해 보자. 맹물은 쉽게 끓지만 찌개 국물은 쉽게 끓지 않는다. 또 끓는 점에 영향을 주는 것은 공기의 압력이다. 끓으면 수증기가 공기 중으로 날아가기 때문에 공기의 압력과 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 물이 끓는다는 것은 공기가 누르는 압력(대기압)과 자유로워진 수증기 분자들이 튀어 나가려는 압력이 서로 같다는 말이다. 따라서 대기압이 기압보다 낮은 곳에 가면 물은 훨씬 쉽게 끓게 된다. 반대로 대기압이 높은 곳에 가면 물이 여간해서 잘 끓지 않는 것이다. 이 실험에서 플라스크 속에서 끓고 있던 물이 불을 끄면 더 이상 끓지 않고 멈춰 버린다. 여기에 찬물을 부으면 플라스크 속의 수증기가 물로 응결되어 공기 압력이 밖의 대기압보다 매우 낮아지게 된다. 즉, 기압이 낮아지면 낮은 온도에서 물이 다시 끓게 되고 고무관의 집게를 제거하면 대기압이 누르고 있는 수조의 물이 기압이 상대적으로 낮은 플라스크 속으로 들어가게 됩니다. [응용발전] 1. 분자의 운동 물을 가열하면 왜 끓어오를까요? 분자의 운동에너지가 커지기 때문입니다. 모든 물질은 원자 또는 분자로 되어 있습니다. 그리고 원자나 분자는 물질의 상태에 따라 독특한 운동을 합니다. 형태가 딱딱하게 결정돼 있는 고체에서는 분자들이 서로 강하게 결합돼 있어 진동하는 정도에 그치지만 액체에서는 분자간의 인력이 약해 느릿하게 움직이고 기체상태에서는 격렬하게 날아 다닙니다. 물이 가열되면 가열될수록 물분자의 운동에너지가 커지고 분자간의 인력을 이겨낼 수 있게 됩니다. 그러면 분자들은 어떻게 될까요? 인력을 이겨낼 수 있을 정도의 운동에너지를 가져 움직이기 쉬워지겠지요? 그러다가 분자의 운동에너지가 분자사이의 인력보다 커지면 기체가 되어 증발하기 시작합니다. 이 때 내리누르는 공기의 압력이 내부에서 만들어진 수증기의 압력과 같게 되면 끓기 시작합니다. 이 현상이 바로 끓는 것입니다. 공기의 압력이 1기압인 경우는 섭씨 1백도에서 끓게 됩니다. 2. 기압과 끓는점의 관계 액체위에 공간을 남겨준 채로 액체가 닫힌 용기에 담겨 있을 때, 일부는 증기로 변합니다. 이 증기에 의한 압력이 바로 액체의 증기압입니다. 닫힌 용기를 열었을 때 대기압이 증기압보다 크면 액체에 눈에 띄는 변화는 없습니다. 그러나 대기압이 증기압보다 같거나 작으면 액체는 끓습니다. 끓을 때 액체에서 증기기포가 형성되어 표면으로 올라옵니다. 따라서 외부 압력이 높아지면 액체의 증기압이 높아져야 끓게되고 따라서 끓는점이 높아집니다. 반대로 압력이 낮아지면 온도가 낮아도 끓게 됩니다. 3. 압력 밥솥에서는 밥이 왜 빨리 될까요? 압력 밥솥은 말 그대로 압력이 큰 밥솥입니다. 다른 밥솥에 비해 무겁고 밀폐가 잘 돼서 밥솥 안의 물이 끓어도 김이 바깥으로 새어 나오지 않습니다. 그렇다면 왜 밥이 빨리 될까요? 압력밥솥으로 밥을 지을 때 내부의 기압은 대기압의 1.3배, 온도는 섭씨 125도 정도까지 올라갑니다. 이렇게 밥솥의 온도가 높아지면 밥이 빠르고 맛있게 지어집니다. 혹시 가마솥을 아십니까? 쌀이 한 가마니는 들어갈 것같이 커다란 무쇠솥에 장작불을 때서 밥을 짓는 솥입니다. 이 솥으로 밥을 지으면 아주 맛있습니다. 왜 그럴까요? 압력밥솥과 똑같은 원리가 적용됩니다. 가마솥의 뚜껑은 솥과 같이 무거운 쇠로 되어 있지요? 이 솥뚜껑 덕분에 밥을 지을 때 솥 안의 공기압력이 올라가 밥이 맛있게 지어집니다. 사실 압력밥솥은 가마솥을 본떠 만들어진 것입니다. 우리 조상들의 지혜를 빌린 것이지요. 4. 기압차를 이용한 식품제조 기압차를 이용한 원리는 식품제조 과정에서도 활용되기도 합니다. 수분이 많은 식품을 말리는데 이용되는 동결건조라는 기술이 그 것입니다. 김치를 냉동실 속에 넣으면 어떻게 될까요? 물론 얼어버립니다. 이것을 다시 진공 속에 넣으면? 김치 속의 얼음은 바로 수증기로 승화되어 없어지고 바싹 마른 고체 성분만 남게 됩니다. 이렇게 하여 쇠고기, 새우, 야채 등이 원형 그대로 건조되면서 향기와 맛 등은 최대한 보존할 수 있다고 합니다. 우리 주변에서는 주로 라면 스프의 제조 과정에 사용됩니다.

고무 제조과정과 고분자 물질에 관한 글 퍼왔습니다. 참고 하세요.

 

우선 다음은 고분자 물질에 대한 설명입니다.

고분자 화합물이란 말 그대로 분자량이 극히 큰(보통 1만 이상) 거대한 화합물을

의미합니다.
주로 유기물질에서 이러한 단어를 많이 사용하는데, 이중결합이 긴 사슬로 이어지는

첨가중합반응이나 에스테르화 반응과 펩티드 결합과 같은 축중합 반응에 의해서 긴

사슬이 주욱....연결되어서 이러한 고분자 물질이 만들어지는 것입니다.
우리 주변에 이러한 물질이 참 많은데..
고무나 나일론...그리고 여러가지 합성섬유들...단백질의 결합...이런것들이 모두 우리가

흔히 볼 수 있는 고분자 물질들이죠.

다음은 두산 백과사전에서 고분자 화합물에 대해서 설명하고 있는 글입니다.
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처음에는 유기고분자화합물에 한정되어 있었으나, 최근에는 공유결합성을 지닌 무기

고분자화합물까지 넓혀졌다. 일상생활과 관계가 깊은 것이 많은데, 예를 들면 단백질을

비롯해서 녹말 ·셀룰로오스(섬유소) 등은 천연으로 존재하는 고분자화합물들이고, 나일론

·테트론 등의 합성섬유나 베이클라이트 ·폴리염화비닐(PVC) ·폴리에틸렌 ·스티로폴 등은

합성고분자화합물들이다. 고분자화합물은 독일어의 hochmolekulare verbindung에서 나온

말로서, 1930년대 초반에 H.슈타우딩거가 천연고무나 셀룰로오스가 분자량이 큰 분자로

구성되어 있음을 밝힌 데서 명명되었다. 그 이후로 주목을 끌어 천연으로 존재하는 고분

자화합물의 성질이 밝혀짐에 따라 단위체(單位體)라 불리는 간단한 저분자(低分子)로부터

고분자화합물을 합성할 수 있게 되었다.

【종류】

고분자화합물의 종류는 많으며, 그 구조나 성질도 다양하지만, 유기고분자화합물과

무기고분자화합물로 대별되고, 이들은 다시 천연고분자화합물과 합성고분자화합물로

나누어진다. 유리나 인조견사는 천연물에 가공을 한 것으로 중간적 존재에 속한다고

할 수 있다.

【구조와 성질】

분자량이 대단히 큰 화합물이지만, 이와 같은 고분자화합물이 무질서한 원자의 배열로

이루어져 있는 것이 아니고, 보통 분자량이 작은 구조단위의 반복으로 이루어져 있다.

합성한 고분자화합물에 대하여 예를 들어 살펴보면, 폴리에틸렌은 에틸렌의 중합으로

합성되지만, 구조는 (CH2CH2)n로써 나타낼 수 있는 바와 같이 아주 간단한 구조단위인

메틸렌 사슬의 반복으로 이루어져 있다.천연고분자화합물들은 이보다 복잡하기는

하지만, 훨씬 더 복잡한 구조를 가진 단백질에 있어서도 α-아미노산이 다수 결합하여

이루어진 폴리펩티드 사슬이 기본을 이룬 반복에 지나지 않는다. 고분자화합물을 구조면

에서 분류하면, 구조단위가 곧은사슬모양으로 결합해 있는 사슬모양고분자와, 구조단위가

2차원 ·3차원의 그물구조를 이룬 것들이 있다. 이와 같은 구조의 특징은 성질에도 영향을

끼치는데, 사슬모양고분자는 유연성이 풍부하여 섬유로서 이용되는 것이 많고, 그물구조

를 이룬 것들은 단단하여 합성수지로서 알려져 있는 것들이 많다. 또한, 분자가 거대하다

는 사실은 용매에 잘 녹지 않는 원인이 되며, 가령 녹는 경우라 하더라도 콜로이드용액이

된다. 또 저분자화합물과는 달리 구조단위의 반복수가 다소 다른 분자의 혼합물인 경우가

많기 때문에, 분자량이라고 할 때에도 평균분자량을 뜻하게 된다.

【제조법】

저분자량의 화합물로부터 고분자화합물을 얻기 위해서는 중합반응이나 축중합반응이

이용된다. 예를 들면, 프로필렌의 중합으로 폴리프로필렌을 얻게 되며, 테레프탈산디메틸

과 에틸렌글리콜을 축중합시켜서 폴리에스테르계 합성섬유인 테트론을 얻고 있다.

【용도】

플라스틱 및 각종 섬유 제품을 비롯해서 타이어 ·튜브 등의 합성고무 제품, 안전유리 ·접착

제 ·도료 ·건축재료 ·파이프 ·각종 그릇 ·보온재료 ·전기 및 전자 제품 등 의식주와 직결되는

제품들이 대부분이다.

이러한 고분자화합물의 생성 ·분해반응, 고분자화합물에 대한 각종 화학반응 및 메커니즘,

그 밖에 이들의 구조 ·성질 등을 화학적 방법으로 명확히 밝히는 것이 고분자 화학이 하는

일이죠.
고분자화합물의 합성은 19세기에까지 거슬러 올라가지만, 20세기 초반까지의 셀룰로오스

·고무 등의 천연고분자에 대한 수많은 연구를 모체로 하여 1930년경 H.슈타우딩거에 의해

처음으로 사슬모양고분자의 개념이 명확히 제출된 이래, 고분자화학은 물리화학적 방법

까지 받아들여 눈부신 발전을 하기에 이르렀습니다.

특히 1940년 이후의 발전은 경이적이며, 현재도 헤아릴 수 없이 많은 고분자화합물들이

합성되고 있으며, 더욱 발전된 합성방법이 연구되고 있습니다.
학문적으로는 현재 화학분야 중 가장 중요한 부문의 하나로 되어 있으며, 콜로이드화학 ·

생화학 ·물리화학 등 이것이 관계되는 학문분야도 넓습니다.
고분자화합물은 분자가 거대하기 때문에 기체로서 존재하지 않으며, 고체 또는 액체로만

존재합니다.

기계적 강도가 크며, 또 가열하면 고무모양 탄성체가 되기도 하고, 어떤 용매에 녹으면

팽윤하든지 점착성을 띠는 용액이나 콜로이드용액이 되기도 합니다.
이와 같이 저분자화합물에서는 볼 수 없는 특이한 거동을 나타내는 특징을 가지고 있기

때문에 이 학문은 광범한 영역에 이르며, 대상분야나 방법론 등에 따라서 고분자화학과

고분자물리학으로 나누어집니다.
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플러버 만들기(일명 얌체공 만들기) 는 많은 사람들이 즐겨하는 실험입니다.
비교적 간단한 시약과 방법으로 신기한 얌체공을 만들수 있으니까요.
(보통 탱탱볼이라고도 하고요...)

<실험 플러버 만들기>

▶ 실험 방법
1. 플러버를 만들기 위하여 풀과 소독용으로 쓰이는 붕산을 준비한다.
2. 비커에 풀을 짜서 모은 다음 만들어 놓은 붕산수를 풀에 넣으면서 계속 휘저으
면 하얀 응고물이 생성된다. (걸쭉하게 될때까지 넣으시면 됩니다.)
3. 하얀 응고물을 손으로 반죽을 하면서 물을 계속 짜준다.
4. 이 응고물을 적당한 크기로 잘라 손으로 문지르면 하얀 플러버가 만들어진다.
5. 붕산수를 끓여서 풀과 섞어, 같은 방법으로 플러버를 만든다.
6. 풀에 철가루를 섞고 붕산수를 혼합하여 플러버를 만든다.

▶ 실험 결과
1. 풀과 붕산수로 만들어진 플러버를 바닥에 던지자 높이 튀어올랐다.
2. 붕산수를 끓여 만든 플러버는 얇게 펴지는 성질이 있어 풍선까지 불 수 있었고

사람의 얼굴까지 덮을 수 있었다.
3. 철가루를 섞어 만든 플러버에 자석을 가까이 대자 자석을 따라다니며 살아있는

것처럼 움직였다.

▶ 결론
풀과 붕산수로 만든 플러버는 탄성이 매우 높았고 얼굴을 덮을 만큼 얇게 펼 수도

있었으며 고무줄처럼 잘 늘어나는 성질을 가지고 있다.
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이것이 보통 플러버 실험을 하는 방법인데, 이 시약 말고도 규산나트륨용액 즉 물유리

용액과 에틸알코올을 섞어서 할 수도 있습니다.
규산나트륨에다 에틸알코올을 5:1정도 섞으라고 이론적으로는 써있지만 제가 해보니까

약간 에틸알코올을 적게 넣는 것이 잘되더라고요.
처음에는 손에서 끈적끈적 거리지만(이때는 비닐 장갑을 끼고 하세요.) 계속 손에다

놓고 돌돌돌돌 돌리다 보면 굳어지는 것을 느낄 수 있습니다. 이때 에틸 알코올을 조금씩

묻혀보면서 해보세요.
또 이 과정에서 색소를 넣으면 예쁜색의 얌체공을 만들 수 있습니다.
그런데 경험상 이 방법보다는 위에서 소개한 방법이 더 잘되었던 것 같습니다.

그럼 이것이 가능하게 되는 원리는 다음과 같습니다.

문방구용 고무풀은 폴리비닐알코올(PVA)로 이루어져 있는데 여기에 붕산수(B(OH)4)를

혼합하면 고탄성의 성질을 가진 고분자 사슬구조의 물질이 만들어집니다.
폴리비틸알코올이 비닐 알코올이 반복되는 구조, 즉 아주 긴 사슬구조를 가진 고분자

물질이거든요. 이것이 고무의 특징을 갖게 만들지요. 합성고무는 탄성이 크기 때문에 통통

튀는 플러버를 만들 수 있는 것입니다. 이처럼 고무(Rubber)의 성질을 가지고 있으면서

성형이 비교적 자유로운 플라스틱과 같다고 해서 플러버라 이름 붙여진 것이랍니다.

붕산은 에테르나 벤젠에는 녹지 않으며, 냄새가 없고 맛은 약간 신맛이 나는데 수용액은

약산이기에 그렇게 위험하지는 않습니다.

 

 

고무 제조

 

고무나무 묘목을 심고 라텍스를 얻을 때까지는 5∼7년이 걸리며 그 후 20∼30년 동안

라텍스를 채취할 수 있습니다.
라텍스는 나무껍질내의 유관에 존재하는데, 유관은 형성층의 바깥쪽으로 1년 동안

여러 층이 발달하며, 이것을 칼로 그어 금을 내면 우유처럼 생긴 라텍스가 나옵니다.
라텍스 안에 함유된 고무성분을 응고·분리시키면 생고무를 얻을 수 있습니다.

이 생고무를 원료로 하여 이것에 가황제·충전제 등을 배합하여 교반한 후 성형·가황하면

우리가 사용하는 고무제품을 얻을 수 있는 것이고요.

고무제품의 제조법은 다음과 같습니다.
좀 복잡하지만 여러가지 처리를 통해서 우리가 사용하는 고무가 되는 것이고요.

라텍스에 산을 가해서 고무성분을 응고·분리시킨 후, 건조시키면 생고무 즉 천연고무를

얻을 수 있다. 제조방법에 따라 각종 등급으로 분류되는데 원리는 모두 일정하며, 대표적

인 것으로서는 훈제고무판(smoked sheet)·페일 크레이프(pale crepe) 등이 있다. 훈제고무판

은 가장 일반적인 품질로서 적다갈색의 생고무이다. 라텍스를 여과하여 포름산을 넣고

잘 섞어서 고무성분을 응고·분리시킨 후, 고무분을 모아서 롤러 사이를 거쳐 수분을 짜내

고 평평하게 압연(壓延)한다. 이어서 훈연실에 넣어 나무를 태워 그 연기로 그을려서 건조

시킨후 제품을 만드는데, 훈연으로 인하여 적다갈색으로 착색된다. 페일 크레이프의 경우

는 응고에 앞서 아황산수소나트륨을 라텍스에 첨가하여 표백한다. 이어 산을 넣어 고무성

분을 응고·분리시킨 후 강력한 롤러로 고무분을 얇고 넓게 펴서 이것을 열풍건조시켜 제

품으로 만든다. 페일 크레이프는 이런 과정을 거쳐 깨끗한 백색의 고무가 만들어지기 때

문에 훈제고무판보다 가격이 비싼 단점이 있으나, 담색제품 등 고급품 용도로 쓰인다는

장점도 있다. 생고무는 국제상품이므로 1960년에 세계공통의 국제규격이 정해졌다. 생고

무의 조성은 원료 라텍스 또는 제조법 등에 따라 차이가 있어 고무탄화수소는 순수한 시

스-1, 4결합구조 폴리이소프렌으로 구성되어 있다. 아세톤 가용성분(可溶性分)은 수지상

(樹脂狀)의 물질로서, 고급지방산·스테롤(스테로이드의 알코올)·스테롤에스테르 등이다.

아세톤 추출(抽出)로 가용성분을 제거한 천연고무는 극히 노화되기 쉽다는 점에서 스테롤

류가 천연의 노화방지제 역할을 하고 있음을 알게 되어 자연의 신비함을 새삼스럽게 느낄

수 있다. 정제(精製)된 생고무의 비중은 약 0.91로 휘발유·이황화탄소·톨루엔 등에는 용해

되지만 알고올·아세톤 등에는 용해되지 않고, 냉각시키면 －70℃에서 탄력성을 상실한다.

고무제품의 제조

고무제품의 제조방법은 제품의 종류에 따라 차이가 있으나, 기본적으로는 원료고무를

그냥 개어서 적당한 가소도(可塑度)를 주고, 이어서 가황제·충전제·노화방지제 등을 배합

하여 섞은 후 성형·가황하는 것이다. 원료고무를 그냥 개는 것은 고무가공의 최초공정으로

그 후에 이어지는 가공공정에 큰 영향을주는 중요하고 기본적인 작업의 하나이다. 2개의

롤러와 밴버리믹서로 전단력(剪斷力)을 줌으로써 고무분자사슬이 엉기거나 응집의 파괴,

일부절단 및 처음 갤 때에 일어나는 공기 중의산소로 인한 산화분해 등으로 탄력성이 저

하하여 가소성과 점착성이 증대하게 된다. 이같이 고무의 가소도는 다음에 이어질 공정에

적합하도록 조정된다. 그리고 처음 갤 때 효과를 높이기 위하여 촉진제를 사용할 때도 많

다. 천연고무는 제조공정이나 수송 도중에 티끌·자갈·나무토막 등 이물질이 섞일 가능성이

많기 때문에 이런 것을 제거하기 위해 처음 잰 뒤 30메시(mesh)정도 되는 철망을 설치한

여과기에 거른다. 처음 갠 고무에 각종 고무배합제를 첨가시켜 롤러나 밴버리믹서로 혼합

하여 고무에 배합제를 되도록 균일하게 분산시킨다. 배합제의 종류는 많지만 주된 것은

가황제·가황촉진제·노화방지제·충전제 등이며, 목표로 하는 고무제품의 요구성능과 원료

고무의 종류 등으로 각각의 종류와 양 등을 결정할 필요가 있다. 이들은 서로 영향을 주는 극히 복잡한 것들로서 종래에는 경험과 추측으로 해 왔으나, 최근에는 컴퓨터를 사용하여 보다 과학적으로 일을 처리할 수 있게 되었다. 원료고무에 약제를 첨가하고, 화학반응에 의해서 고무분자사슬 사이를 다리걸침반응으로 결합·형성시키고 고무를 3차원 그물 모양 구조로 만들어 탄력성을 부여하는 것을 가황이라고 한다. 이 때 필요한 약제가 가황제로 보통 황분말을 가장 많이 사용하며, 가황반응의 촉진에 유효한 첨가제가 가황촉진제이다. 보통 고무제품은 시간이 흐를수록 점착성이 증가하거나 균열이 생기고 또 굳어지기도 하여 고무 본래의 성능이 저하된다. 이것을 고무의 ＜노화＞라고 하며 이를 방지하기 위하여 첨가하는 약제가 노화방지제이다. 고무에 첨가하는 미분말상물질(微粉末狀物質)에 충전제가 있다. 여기에는 보강성 충전제와 증량제(增量劑)가 있다. 보강성 충전제는 고무의 내마모성(耐摩耗性)·항장력(抗張力) 등 기계적 성질을 높이는 효과가 있다. 이의 대표적인 것이 카본블랙(carbon black)이며 보강효과도 뛰어나다. 카본블랙도 많은 종류가 있어서 그 제조법과 원료에 따라 입자의 지름과 표면적이 달라지지만, 보통의 카본블랙 입자지름은 10∼500μm이며 입자가 미세할수록 보강효과가 커서 고무 100에 대하여 40∼100 정도의 중량비로 사용될 때가 많다. 타이어 등의 고무제품 중에 검은색이 많은 것은 이 카본블랙을 많이 첨가하였기 때문이다. 이와 같이 카본블랙은 뛰어난 보강효과가 있지만, 제품이 검게 착색되므로 엷은 색이나 백색을 필요로 하는 제품에서는 사용할 수가 없다. 카본블랙에 비하여 그 보강효과는 낮지만 미분말상 실리카 등이 백색 보강성 충전제로 사용된다. 이 보강효과는 충전제 입자와 고무분자 사이의 물리적·화학적 결합으로 생기는 것이라고 생각되며, 특히 합성고무의 경우 보강성 충전제의 효과는 크다. 기계적 성질을 요구하지 않고 제품가격을 인하시키고 싶을 때에는 탄산칼슘·점토(粘土)·활석(滑石) 등이 증량제로 사용된다. 배합·교반이 끝난 배합고무는 2개 이상의 롤러를 조립한 캘린더(calender;壓延機)를 거쳐 일정한 두께의 고무시트로 만들어 낸다. 이것을 적당한 크기로 절단하여 소정의 형체로 맞추어 금속 틀에 넣어 가압·가열하면서 가황시킨 후 틀에서 꺼내어 냉각시키면 고무제품이 완성된다. 이같이 고무가공공업은 많은 인력을 필요로 하며 또한 에너지를 많이 소비하므로 고무제품의 제조공정에 있어서 에너지와 인력을 최대한 절약하는 것이 중요한 문제이며, 그 대책 중 하나로 분말고무·액상(液狀)고무의 사용이 검토되어 일부는 이미 실시되고 있다. 고무호스·고무시트·전선의 피복(被覆)등의 연속품은 배합고무를 압출기의 노즐에서 압출(押出)하여, 가열오븐 속을 소정의 속도로 지나게 함으로써 연속적으로 가황되어 제품이 만들어진다. 사출성형(射出成形)에 의한 고무제품의 제조도 일부 실시되고 있다.

 

수소결합이라는 것은 전자를 좋아하는(전기음성도가 큰) 질소나 산소나 플루오르같은

원자들이 수소와 결합을 하고 있을때 분자와 분자사이에서 일어나는 결합을 의미합니다.
물의 경우 분자안에 있는 산소와 다른 분자에 있는 수소사이에서 수소결합이라는 것이

일어나는데, 얼음이 되면 이러한 수소결합의 규칙성에 의해서 구멍이 생기게 됩니다.
즉 온도가 낮아져 얼음으로 변할 때 수소결합은 분자들을 잡아 매 단단한 고체를 형성합

니다.
V자형의 꼭지점에 있는 산소 원자는 원래 2개의 수소 결합을 만들 수 있기 때문에 다른

물분자들의 수소를 끌어당겨 산소 원자 1개에 4개의 수소가 달라붙는 형국이 됩니다.

이를 중앙의 산소 원자에서 보면 주변의 수소들이 마치 정사면체의 꼭지점에 하나씩 있어 그 모양이 방조제를 쌓을 때 쓰이는 발이 넷 달린 콘크리트 구조물을 연상시킵니다.


얼음의 경우는 물분자들이 이러한 이러한 공간적인 규칙성을 가지다 보니까....
한 분자당 4개의 수소결합이 연결이 되어지는 것입니다

즉, 물분자내의 수소와 산소결합을 보통의 공유결합이라고 한다면 물분자와 물분자
를 연결해주는 결합이 바로 이 "수소결합"인 것이지요.
즉 물분자의 수소와 다른 물분자의 산소사이의 결합을 말하는 것입니다.

일반적으로 수소결합은 산소 O·질소 N·플루오르 F·염소 Cl 등 전기음성도가 강
한 원자 사이에 수소원자가 들어갈 때 생기는 것인데, 이러한 것들의 전기음성도가
크기에 전자는 대부분 이러한 원자들 쪽으로 이동이 되게 되면서, H는 거의 노출된
양성자로 되며, 이것으로 인하여 전기적인 인력에 의해서 수소결합이 생기게 되는
것입니다.(결합에너지는 2∼8 kcal/mol).
이러한 수소결합은 물의 특성을 설명할 수 있을 뿐만 아니라 단백질의 구조등...생
명체에 많은 영향을 주게 됩니다.

그런데 이러한 수소결합을 이해하시려면 원자들 사이의 공유결합이나, 전기음성도
에 대해서 이해를 하셔야 하는데, 이 부분이 좀 어렵지요?
그냥 쉽게 수소와 산소같은 것이 결합되어 있는 물질에서 분자들사이에 전기적인 인
력이 생겨서 생기는 결합이라고 이해를 하시면 될 것 같네요.

 

 

3.

정의는 생략 하고 그럼 확대 해석을 해보죠.

 

먼저 대류, 복사, 전도 현상으로 지구가 차가워 지지 않습니다.

지구의 기후는 생명체가 살아가기에 적당한 온도를 유지하고 있다. 이런 지구와 생명체가 살고 있는 행성과 비교를 해봅시다.

태양계의 여러 행성 중 지구와 비슷한 행성인 금성과 화성과 비교해 보자. 금성 표면의

온도는 두꺼운 이산화탄소에 의한 온실 효과로 약 500℃ 정도에 달합니다. 이와 같은 높은

온도에서는 물이 있었다 하더라도 이미 수증기로 변해 증발해 버렸을 것이다. 한편, 화성

은 희박한 대기 때문에 열을 차단하거나 저장할 수가 없습니다. 그 결과 낮에는 수십 도까

지 올라갔다가 밤에는 영하 100도 이하로 떨어져, 낮과 밤의 기온 차가 매우 심하다. 또한

물이 있었더라도 기압이 낮아 외계로 달아나거나, 일부는 지하에 얼음의 형태로 존재할

수밖에 없다. 이와 같이 물이 없어 건조하고 (dry) 뜨거운 (hot) 금성과 건조하고 차가운

(cold) 화성에는 생명체가 살 수 없을 것이 거의 확실합니다.

이에 반해서, 지구환경은 생명체가 존재하고 또 번성할 수 있는 충분한 기후 조건을 가지

고 있습니다. 즉 푸른 해양과 적당한 대기는 기후를 습윤하고 (wet), 따뜻하게 (warm) 유지

시켜 준다. 대기 중의 오존층은 태양으로부터 방출되는 유해파를 막아 준다. 대기의 순환

과 대기 중의 이산화탄소에 의한 온실 효과로 지구 대기는 생명체가 살 수 있는 일정한

온도로 유지가 되는 것입니다.

그러면, 왜 지구가 거의 일정한 온도를 유지하는 이유를 알아봅시다.





지구는 태양으로 받은 에너지를 다시 내어 놓기 때문에 연평균 기온이 일정합니다.
이를 지구의 복사 평형이라고 한다. 이를 그림으로 나타내면 위 그림이 되는데,
지구에 들어오는 평균 태양복사 에너지를 100으로 했을때의 수치를 나타낸 것이다.

좀더 자세하게 설명한다면, 들어오는 양이 100일 때 구름과 지구표면에 의해서 반사되는 양과 대기에서 산란되는 양은 지구에 흡수되지 못하고 반사되는 것이다.
이 반사되는 비율을 반사율(알베도)라고 하고 그림에서 그양은 30이다. 지표면을 보면

태양으로부터 바로 흡수되는 양과 대기를 거쳐서 흡수되는양 그리고 대기에서 산란되어

지표면으로 흡수되는 양, 합쳐서 50이 된다. 그리고 나머지 20은 공기와 구름에서 흡수한다.

다음 오른쪽의 지구 복사의 경우를 보면 우선 지표면에서 태양으로부터 받은 50과 대기로부터 받은 103을 합한 153을 받고 지표면 복사와 대류와 전도, 숨은열의 형태로 받은 153을 방출하게 된다. 대기의 경우 태양으로부터 얻은 20과 지표면으로부터 받은 열을 합하면 167이 되는데, 받은 에너지를 우주로 64만큼, 지표면으로 103만큼 방출하여 평형이 이루어지게 된다.

지구의 경우에도 태양으로부터 에너지를 받지만 일정한 온도를 갖기때문에 에너지를 방출(복사)하게 됩니다. 이때 지구의 온도는 태양처럼 수천도가 아니기때문에 자외선, 엑스선, 가시광선 과같은 단파장형태로 복사를 하지 못하고 장파장(적외선)형태로 복사를 하게 됩니다. 이 적외선영역은 이산화탄소성분에 의해서 에너지가 잘흡수가 됩니다. 그래서 최근에 이산화탄소량이 지구대기에 증가를 하면서 평형을 이루는 태양복사와 지구복사량사이의 균형이 조금씩 무너지면서 지구온난화현상을 일으키고 있다고 많은 과학자들의 연구에 의해서 밝혀지고 있습니다

 

 

또한 신체와도 연관이 있죠

사람 몸에는 심부체온이라는 것과 표면체온이라는게 있는데요..
심부체온은 사람을 머리부터 가랑이 사이까지 잘랐을때
그 기준점을 중심으로 하여 분포하는 체온이구요 표면체온은
말 그대로 사람의 체표면의 온도입니다.
우선 온도의 차이가 나는 기본적인 이유는 외부에 완전히 노출되어 있는지
아닌지의 차이입니다. 몸의 내부는 당연히 피부등의 살에 의해 덮혀져 있기
때문에 열의 손실이 적고 체표면은 외부에 노출되어 있기 때문에 열을
계속해서 잃게되죠 그래서 온도가 낮아지게 됩니다.
머리를 기준으로 몸의 중심부에 중요한 기관은 다 모여 있기 때문에
사람의 체온조절에 있어서는 당연히 심부체온이 중요하구요.
신체 메카니즘도 심부체온 위주로 돌아간다고 보시면 됩니다.
몸의 중요 장기 부분은 체온이 일정해야 하기 때문에 머리의 경우
심장부위에서 37정도로 따듯하게 데워진 혈액이 목젖 양쪽으로 굵은 혈관이
머리쪽으로 항상 따듯한 혈액을 보내서 머리부분의 온도가 떨어지지 않게
막아 줍니다. 하여튼 중요한 장기가 있는 부위는 온도가 떨어지지 않게
막아주는 시스템이 있다고 생각하시면 됩니다.
그에 반해 팔다리나 손등의 체온이 낮은 이유는요..

우리 주위의 기온이 체온보다 낮기 때문에 체표면에서 대류와 전도,복사를
통하여 일부의 열이 배출이 되고요 또한 심부(예를 들면 심장)에서
멀어지는 과정에서 열을 잃고 팔이나 다리 등의 말초 조직과 피부 표면의
혈관이 가늘기 때문에 전달되는 혈액의 양이 적고 그만큼 전달되는 열의
양도 적은데다가 체표면을 통한 열의 발산 때문에 상대적으로 체온이
다른 부위보다 낮아지게 됩니다.

그렇기 때문에 직접적으로 공기와 접촉하지 않고 혈액이 많이 공급되는 머리는 체온이 36도 정도로 유지하게 되고 그렇지 않은 손 같은 기관들은 공기와 접촉, 물과 접촉으로 인해서 부분 체온이 떨어지게 됩니다.
그렇기때문에 체온이 이미 조금 떨어진 손으로 미지근한 물을 만져보았을때 손의 온도가 낮기때문에 따뜻하다고 느끼는 것이고, 그렇지 않은 머리를 담궈 보았을때에는 표준 체온이 유지되고 있기 때문에 손으로 느낀 온도보다 낮게 느껴지게 되는 것입니다.

마지막으로 실생활과 연관된 것을 살펴보죠. 대표적으로 보온병이 있습니다.

<보온병의 원리>

진공 보온병을 통해서 열전달 방법을 알아봅시다.
진공 보온병은 그림처럼 벽사이가 진공인(공기가 없는) 이중벽 구조입니다.
내부 유리병은 은으로 덮혀 있습니다.
보온병 안에 더운 물을 넣으면 오랜 시간동안 물의 온도를 유지할 수 있습니다.
왜냐하면 전도,대류, 복사로 열 전달이 일어나는 것을 방지 하기 때문입니다.


그 원리를 따져 볼까요?
ㄱ.진공을 통해서는 열의 전도가 불가능합니다. 
     약간의 열이 유리벽이나 마개를 통해서 전도되지만 유리나 플라스틱 또는 코크가 모두

     나쁜 전도체이어서 온도 변화에 많은 시간이 필요합니다.

ㄴ.진공은 대류현상으로 인한 열 손실을 막아줍니다.

ㄷ.내부의 은도금벽이 열파동을 병속으로 반사시키기 때문에 복사에 의한 열손실을 막아

      줍니다.

 

답변확정좀 부탁드려요 (_ _ _)

 

 

증발과 끓음 이란??

정의 증발과 끓음은 모두 액체가 기체로 기화하는 현상인데, 증발은 액체의 표면에 있는 분자들만 기화하는 현상으로 액체가 끓는점에 도달하지 않아도 일어나는 현상이며, 액체 표면에 있는 분자들이 인력을 끊고 튀어나오는 증기압이 외부 압력과 같아질 때까지 계속 일어나게 된다. 액체가 계속 열을 받으면 분자 운동이 활발해지면서 증기압이 점점 커지고, 마침내 외부 압력과 같아지게 되면 끓음 현상이 일어나게 된다. 액체의 끓음 현상은 액체 표면뿐만 아니라 액체 전체에서의 기화 현상으로 '비등'이라고도 하는데, 액체가 끓는점에 도달해야만 일어날 수 있다. 이때의 온도가 액체의 끓는점이며 물질의 종류에 따라 다른 온도를 나타낸다. 이때 필요한 열이 액체의 기화열이다. 기화열은 액체 분자 사이의 인력을 끊는 데 쓰이므로 액체가 끓고 있는 동안에는 온도가 오르지 않고 일정하게 유지된다. 끓음은 증기압과 외부 압력이 같아야 일어나는 현상이므로 외부 압력이 낮아지면 끓는점도 낮아지며 외부 압력이 높아지면 끓는점도 높아지게 된다. 높은 산에서는 끓는점이 낮아 밥이 설익게 되고, 압력 밥솥에서는 물이 약 120℃ 정도에서 끓게 된다.