공유 결합, 반데르발스력 결합에 대하여

안녕하세요.이번에는여러가지 결합에 대해 살펴보겠습니다.CXP(Cellulose X-linked Polymer) 소재를 이해하기 위해서는 이번 포스팅이 정말 중요합니다.

지난번 포스팅에서 셀룰로스가 녹지 않아 가공이 어렵다고 했습니다.기존의 셀룰로오스 가공은 녹는 플라스틱에 목질을 첨가하여 단순 혼합한 상태라고 말씀드렸으며, 셀룰로오스의 특징에 대해 알고 싶으시면 아래의 링크를 보시기 바랍니다.

안녕하세요. 오늘의 신소재 CXP (Cellulose X-linked Polymer) 의 주요 구성 성분인 셀룰로오스와 기존의... zinniant.blog.me

우선 기존 가공방식(WPC 가공)인 녹여 단순 혼합하는 것이 어떻게 결합되며 왜 약한지 먼저 살펴보겠습니다.기존 합성 목재는 단순히 녹는 플라스틱에 목질을 넣은 것입니다. 즉, 파라핀을 녹여서 거기에 돌이나 나무를 뭐든지 섞어서 모양을 만들 수 있죠. 이거랑비슷한데그냥파라핀대신플라스틱을사용하고거기에나무분말을넣어서식혀서모양새를갖춘가공방법이라고생각하시면돼요. 파라핀과 돌멩이, 플라스틱과 나무 사이의 고분자 결합처럼 전자나 수소를 공유하는 것이 아니라 떨어져 있지만 정전기적으로 +-를 결합하였습니다.

위 링크의 사진을 보면 공이 연결되어 있는데, 저기서 연결된 막대 같은 것이 전자를 공유하고 있는 것을 보여주고 있습니다.

잘 이해가 안 되시면 다시 한 번 예를 들어 보겠습니다.바닷물이나 집에서 소금물을 진하게 해서 햇빛에 쏘이면 소금 결정이 다 붙죠? 그게 정전기적 결합이에요. 소금이 물에 녹으면 나트륨과 염소가 녹아 움직이면서 나트륨(+)과 염소(-)가 정전기적 특성에 의해 정렬돼 생기는데, 이것을 정전기적 결합이라고 합니다.소금덩어리는 망치로 톡톡 두드려도 부서질 정도로 약하게 결합되어 있는 상태에요.결합된 주물질의 특성에 따라 다르지만 결합된 힘이 2kjmol 미만으로 약한 결합입니다. 이 결합된 힘을 반데르발스력이라고 합니다.아,여기서소금의분자는이온결합이에요.소금과 소금덩어리가 반데르발스 결합입니다.

소금 덩어리

1. 반데르발스 결합-정전기적으로 결합-공유 결합이나 이온 결합 수소 결합에 비해 결합 에너지가 극히 낮다.- 모든 접착제, 바인더 등이 반데르발스력을 사용한다. - WPC는 플라스틱이 바인더 역할을 하는 반데르발스력으로 결합된다.-결합해리에너지가 극히 낮아 열충격을 견디지 못한다.- 열피로 현상에 따라 점차 결합력이 떨어진다.

* 열충격 (Heat Shock), 열피로에 대하여물체가 가열하거나 냉각돼 온도 변화가 생길 때 각기 다른 물질 간에 열팽창계수가 차이가 나기 때문에 온도 변화에 따른 접착된 두 물질의 수축률과 팽창률이 다른데, 이때 이 힘의 차이가 반데르발스력을 넘으면 결합이 깨진다. 온도 변화가 일어날 때마다 물체는 심한 열충격을 받게 되는데 이것이 누적된 것을 열피로라고 한다.한국은 사계절이 뚜렷하고 여름과 겨울의 습도 차이도 뚜렷해 외부에서는 낮과 밤, 여름과 겨울의 온도차를 견뎌야 하며 수분에 의한 수축 팽창도 견뎌야 하지만 이처럼 열피로가 쌓여 반데르발스의 힘은 쉽게 깨진다. WPC 합성목재가 외부에 설치되어 많은 하자가 나타나는데, 이는 열피로와 수분에 의해 반데르발스 결합이 점차 약해지기 때문이다.

다음으로 CXP(Cellulose X-linked Polymer)의 결합 방식인 공유 결합에 대해 이야기하겠습니다.

공유결합은 화학결합 중에서 가장 강한 결합으로, 두 원자가 서로 전자를 방출하여 전자쌍을 이루고 이를 공유함으로써 생기는 결합입니다. H2, O2, N2 등이 대표적입니다. 우리는 소재를 얘기하고 있기 때문에 고분자 소재로 말하면 폴리머(고분자)의 주쇄, 즉 탄소를 기반으로 하는 고분자 주쇄의 결합이 공유 결합으로 형성되는 것입니다. 합성섬유, 섬유질, 면섬유 등 모두 공유결합을 오래하여 섬유를 만드는 것입니다. 이 섬유들은 매우 강력해서 잘 끊어지지 않습니다 닭 가슴살을 찢을 때 일방적으로 자를 수 있는데 그 단면은 마치 실이 달려 있는 것처럼 보입니다. 그것이 근육 섬유이며, 그 섬유가 모두 공유 결합이 되어 있는 것입니다. 닭 가슴살이 너무 삶아도 잘리지 않는 걸 보면 얼마나 센지 알겠죠?

2. 공유결합 - 전자쌍을 공유함으로써 결합함 - 면섬유, 합성섬유, 근섬유 등 섬유질의 고분자가 공유결합으로 결합됨 - 매우 강한 결합. 열충격에 견디기 쉽다.- 우주환경(심한 온도변화)에서 결합이 끊어지지 않음 즉 열피로가 생기지 않는다.- 반데르발스 결합에 비해 최소 200배 이상 강하다.

 

다양한 결합의 에너지 결합의 종류 결합종 결합간거리(pm) 결합에너지(kjmol)

H - H74.143 2.1 공유 결합 O - H95.7458.9

N - H97 . 5385 . 9

F - H91 . 7569 . 9

O · · · H - O27225 . 1

O... H - N279 16.7~29.3 수소 결합 N... H - O2898 . 4 ~ 12 . 6

N · · · H - N29825 . 1

F · · · H - N29220 . 9

F · · · H - F24429 . 3

배향력

4~20 반데르발스력 유기력

<2

분산력

0.08~40*. 일본화학회편 「화학편람」작성, 발행인 다카스쿠 가즈히로, 발행소(주)기술정보협회 2012.01.31