학교에서도 가정에서도 우리는 쓰레기를 버릴 때 분리수거를 하고 있어요. 특히 플라스틱 물건에 쓰인 다음과 같은 마크들을 본 적이 있나요? 이런 마크들에 큰 관심을 두지 않았더라도 페트병, 피브이씨(PVC)라는 말을 아마 한번쯤은 들어 봤을 거예요. 이 말을 들으면 어떤 생각이 드는지요?
 

그리고 녹말, 셀룰로오스, 단백질, 고무... 이런 것들이 플라스틱과 비슷하다는 생각, 해보았나요? 전혀 다른 물질인데... 하는 생각이지요?
하지만 이 두 가지 그룹은 서로 큰 공통점을 가지고 있습니다. 과연 무엇일까요? 우리 한번 같이 생각해 봅시다.

잠깐 Check문제!

1. 우리가 실험실에서 만들 수 있는 '합성섬유'하면 떠올리는 가장 유명한 섬유는?

①PET, ②폴리에스테르, ③폴리염화비닐, ④6,6-나일론, ⑤폴리스타이렌

2. 위의 물질들을 구성하는 우너자의 개수는 몇 개 정도일까?

①단원자분자, ②1~10개, ③11개~100개, ④101개~ 1000개, ⑤1000개 이상

이번에 우리가 알아보려고 하는 것은 휴대폰의 배터리에 쓰인 이름 속에도 들어 있는 것인데요.. 혹시 리튬-폴리머 전지라고 들어 보았나요?
맞습니다! 바로 폴리머라고 하는 것을 알아보려고 해요.
먼저 폴리머란 영어로 Polymer라고 쓰고 중합체, 고분자라는 뜻을 가지고 있어요. 고분자란 분자량이 1만 이상인 거대한 분자를 의미하는데요, 플라스틱은 대표적인 고분자 물질로 인공적으로 합성한 물질입니다. 사실 이러한 고분자 물질은 우리 주변에 자연적으로 존재하는 물질에서도 쉽게 찾아볼 수 있어요. 고무나무에서 채취한 수액으로 만드는 천연 고무, 우리가 섭취하는 곡물 속의 녹말과 셀룰로오스가 있으며, 콩이나 고기, 계란과 같이 음식물 속의 단백질도 고분자 물질이에요.
따라서 고분자 물질은 플라스틱이나 나일론과 같이 인간이 만들어낸 합성 고분자 물질과 자연에서 얻을 수 있는 천연 고분자 물질로 나누어짐을 알 수 있어요.
그러면 몇 가지 대표적인 천연 고분자 물질에 대하여 알아보기로 할까요?

첫 번째로 녹말은 (C6H10O5)n 의 화학식으로 나타내는 물질로 α-Glucose(포도당)가 중합되어 생긴 분자입니다. 식물의 체내에도 광합성의 결과에 의해서 녹말을 저장하는데 식물체 내의 많은 수의 녹말은 β-녹말의 형태라고 합니다. 이러한 식물체 내의 녹말은 물과 함께 열을 가하게 되면 호화 현상을 통하여 사람의 체내에서 효소를 이용하여 분해하기 좋은 α-녹말의 형태로 전환되게 되어 우리가 이용하고 먹을 수 있게 됩니다. 점탄성 실험에 가장 많이 쓰이는 물질이기도 합니다.
두 번째로 셀룰로오스도 유명한 천연 고분자 물질에 해당합니다. 화학식으로 (C6H10O5)n로 표현하며 식물체의 세포벽을 구성하는 아주 중요한 고분자입니다. 물에 잘 녹지 않는 만큼 식물체의 형태 유지에 아주 중요한 역할을 하고 달팽이나 균류, 원핵생물의 일부만이 셀룰로오스를 분해할 수 있는 셀룰레이즈(Cellulase)를 생성합니다. 인간은 분해효소가 없어 대장의 윤활 역할을 돕는 섬유소로 우리가 많이 과일이나 채소, 그리고 음료수로 섭취하는 물질이기도 합니다. 많이 먹어두지 않는다면 변비에 걸릴 수 있으니 이점 유의 하세요~
세 번째로 단백질입니다. 단백질은 아미노산이라는 단위체 (1) : 고분자 화합물을 구성하는 단위가 되는 분자량이 작은 물질(두산백과)
를 통해 만들어지는데 우리 인간이 꼭 섭취해야 할 필수 아미노산은 고분자인 단백질을 통하여 섭취하게 됩니다. 단백질은 위에서 펩신이, 소장에서는 트립신이라는 효소를 통하여 분해되면 아미노산이 되어 우리 몸에서 흡수합니다. 아미노산의 구성에 따라 다양한 단백질이 만들어지며 식물이나 동물에 다양하게 분포되어 있어 식물성 단백질이나 동물성 단백질도 고루고루 섭취하는 것이 좋겠습니다.

다음으로는 천연 고무입니다. 콜럼버스가 신대륙 탐험에서 발견한 재료로 나무에 상처를 내어 수액을 채취하여 만드는 재료입니다. 원주민들은 신발이나 항아리, 공에 발라 방수용으로 쓰고 있었는데, 유럽의 학자들이 다양한 방법으로 제법을 발달시켜 현재의 천연 고무와 관련된 산업이 발달하게 되었습니다. 고무나무 수액의 화학식을 분석한 결과 위의 중합체 (2) : 분자가 중합하여 생기는 화합물로써, 단위체에 대응하는 말(두산백과)
로 보이는 폴리이소프렌을 공장에서 합성고무로 생산하고 있습니다. 고무나무는 화학식에서 보이는 이소프렌의 중합체인데요, 공장에서 생산하는 합성고무는 유사한 단위체를 사용하지만 천연고무의 능력을 100%로 흡사하게 만들지는 못합니다.
우리 주변에는 거대 분자, 즉 고분자 물질이 많이 쓰이고 있으며 그 중에서도 천연 고분자 물질이 우리 주변에 있다는 사실을 이번에 알게 되었을 것입니다. 그리고 이 천연 고분자에 대한 연구를 토대로 합성 고분자 물질들이 산업, 가정, 사회에 많이 등장하고 있으며, 유리, 도자기, 합금 종류를 제외하고는 우리가 사용하는 대부분의 물건들이 합성 고분자로 이루어진 물질이랍니다.
화학이 만들어내는 우리의 새로운 모습, 지금 들고 있는 음료수병을 보며 같이 생각해볼까요?

 

1) 단위체(monomer) : 고분자 화합물을 구성하는 단위가 되는 분자량이 작은 물질(두산백과)
2) 중합체(polymer) : 분자가 중합하여 생기는 화합물로써, 단위체에 대응하는 말(두산백과)