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[2021 봄호] 2 - 화학과가 본 교실

  • 김민수
  • 2021-07-09 07:00:19

2021 SPRING 공대생이 보는 세상 2

화학과가 본 교실
Dept. of Chemistry







와...벌써 새 학기가 시작했네...

이번 학기도 열심히 해야겠다! 어? 필통에 HB, B심 연필이랑 지우개가 있네!
연필심 앞에 붙는 알파벳은 어떤 차이를 나타내고, 그 차이는 무엇이 만드는 것일까? 또, 지우개는 어떻게 연필을 지울 수 있는 걸까?

흑연의 구조
흑연의 구조

연필심을 탄소 동소체의 한 종류인 흑연 Graphite으로 만드는 것을 다들 알고 있을 거야. 구체적으로는 점토와 흑연의 조합으로 이루어져 있어.

연필과 지우개의 원리를 이해하기 위해서 우선 흑연에 대해 알아보자.
흑연은 그래핀 Graphene이라고 불리는 육각형 모양으로 결합한 2차원의 탄소층이 반데르발스 힘 van der Waals force으로 연결된 구조지. 여기서 반데르발스 힘은 무극성 분자에서 다양한 쌍극자 사이의 인력으로 인한 힘이야. 반데르발스 힘은 다른 분자 간 상호작용보다 약한데, 이로 인해 흑연도 무르다는 특징이 있지.


반데르발스 힘에 대해 더 알고 싶다면, 아래 영상을 참고해봐!

반데르발스 힘 더 알아보기

그렇다면 글씨는 어떻게 쓰여지는 걸까?

우리가 보는 글씨는 연필을 쓸 때 연필심 속 흑연의 그래핀이 층층이 밀려나면서 종이에 남은 검은 자국이야. 이때 점토와 흑연 조합 비율의 차이가 진하기의 차이를 만드는데, 점토 비율이 높아질수록 연필심이 단단해지고, 적을수록 연필심이 물러져. B 앞에 붙은 숫자가 클수록 점토의 비율이 낮아서 연필심이 더 무르고, 더 많은 흑연이 종이에 남아 글씨가 진하게 보이는 거지. 이런 의미를 담아서 연필심의 B는 Black, H는 Hard의 앞글자를 따온 거라고 해.

지우개는 연필과 정확히 반대의 원리야!

플라스틱 지우개는 염화 비닐, 가소제, 세라믹스 분말 등으로 이루어져 있어. 이때 가소제 PlasticizerPlasticizer에는 흑연의 분자 구조와 비슷한 탄소의 이중 결합이 있어서 흑연과의 결합력이 크다는 특징이 있지. 지우개로 종이를 문지르면, 먼저 세라믹스 분말이 종이 섬유를 적당히 깎아내어 가소제와 흑연이 결합하기 쉽게 해. 그리고 가소제와 흑연 사이의 결합력이 흑연과 종이 섬유 사이의 인력보다 크기 때문에 가소제가 종이 섬유에 남아있던 흑연을 떼어내고, 필기를 지울 수 있는 것이야.

지금까지 우리가 쓰는 연필과 지우개에 어떤 원리가 숨어져 있는지 알아보았어! 간단해 보이는 연필과 지우개에도 이렇게 많은 과학적인 원리가 있다니 정말 신기한 것 같아.

앗! 종이 쳐서 나는 다시 수업 들으러 갈게! 안녕~.

ALIMI 기 김민수

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