산성 세제는 어떤 얼룩에 효과적일까? 그 원리를 알아보자 (청소의 과학)

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험!

청소의 과학을 정리한 글은 여기에서 볼 수 있어요.

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산, 알칼리라는 말은 한 번쯤 들어보셨을 거예요. 알칼리는 염기 중에서도 특히 수용액에 한해서 쓰는 용어랍니다. 청소에 쓰는 염기성(알칼리성) 물질로는 강알칼리인 수산화나트륨이 있고, 안전성이 높은 것으로는 탄산수소나트륨(pH 8.2~8.4), 탄산나트륨(pH 11~12), 세스퀴탄산나트륨(pH 약 9.8, 탄산수소나트륨＋탄산나트륨이라고 생각하면 쉬워요) 등이 있습니다.

산성 세제 (물때 얼룩)

amazon　구연산

구연산

가루 타입이 더 경제적이에요. 물에 녹여서 사용하세요.

고집스러운 얼룩 대부분은 물에 잘 녹지 않는 성질을 가지고 있어요. 대표적인 예가 욕실 거울에 생기는 하얀 “물때”죠. 물때는 금속 얼룩이라고도 하는데, 금속 얼룩이란 물에 잘 녹지 않는 칼슘염, 마그네슘염, 철 산화물 등을 말해요. 전문 업체에서는 물때를 스케일이라고 부른다고 해요.

수돗물에는 칼슘 이온이나 마그네슘 이온 같은 미네랄이 아주 조금 녹아 있어요. 물방울이 증발하면 물만 기체가 되어 공기 중으로 날아가고, 탄산칼슘과 탄산마그네슘이 남아서 석출돼요. 이게 바로 하얀 비늘 모양 물때의 정체랍니다. 집에서는 전기포트 안, 욕실 거울, 화장실 물이 나오는 부분 등에 물때가 잘 쌓이죠.

거울에 낀 물때예요. 중성 세제로 닦아도 좀처럼 지워지지 않아요.

화장실 물때. 딱딱하게 굳어서 잘 떨어지지 않아요.

또 철 이온은 무색의 철(Ⅱ) 이온 Fe2+로 녹아 있다가, 산화되면 철(Ⅲ) 이온 Fe3+가 되어 갈색을 띠고 용해도가 떨어져요. 그리고 녹이라고 불리는 산화철(Ⅲ) Fe2O3가 되면 물에 전혀 녹지 않게 됩니다.

산에도 “잘하는 것, 못하는 것”이 있다! 종류를 아는 게 중요해요

얼룩을 지울 때 자주 쓰는 것이 바로 “산”이에요. 여기서 일어나는 화학 반응의 핵심은 “산과 알칼리성 탄산염의 중화·분해 반응”입니다.물때의 주성분인 탄산칼슘은 화학적으로는 약알칼리성을 띠는 염(鹽)이에요. 여기에 구연산이나 아세트산 같은 산성 물질을 넣으면 다음과 같은 반응으로 분해됩니다.

탄산칼슘이 산과 반응하면 물에 잘 녹는 칼슘 이온, 물, 그리고 이산화탄소 거품으로 분해돼요. 딱딱한 고체였던 물때가 물에 녹는 형태로 바뀌니까 물로 씻어낼 수 있게 되는 거죠.

이 실험으로 가장 유명한 게 날달걀을 식초에 담그는 거예요. 껍데기(탄산칼슘)가 녹아서 말랑말랑 통통 튀는 투명한 “스켈레톤 에그(식초 달걀)”가 만들어져요.

1. 1. 용기에 날달걀을 넣고 식초를 넉넉히 붓습니다.
   2. 뚜껑을 가볍게 얹거나 랩을 씌워서 냉장고나 서늘하고 어두운 곳에 2~3일 둡니다.
   3. 껍데기가 녹으면 꺼내서, 약한 수돗물 줄기로 표면에 남은 얇은 막을 살살 씻어냅니다.

달걀 껍데기의 주성분인 탄산칼슘과 식초의 아세트산이 화학 반응을 일으키면서, 이산화탄소 거품을 내뿜으며 껍데기가 녹아내려요.

하지만 산이라고 해서 다 똑같이 얼룩을 녹여주는 건 아니에요. 산의 종류에 따라 녹일 수 있는 얼룩과 녹일 수 없는 얼룩이 있으니, 각각의 특성을 알아두는 게 아주 중요하답니다.

염산은 만능 선수, 아세트산·구연산은 약간 약한 분야도 있어요

예를 들어 염산은 수산화철(Ⅲ)도, 욕실 곳곳에 생기는 하얀 얼룩의 정체인 탄산칼슘도 둘 다 잘 녹여요.

구연산은 안전한 유기산이에요. 탄산칼슘을 녹이는 건 아주 잘하지만, 수산화철(Ⅲ)을 녹이는 힘은 그리 강하지 않아요. 또 청소 후에 바로 물로 헹구지 않으면 얼룩이 다시 석출되기도 해요. 구연산으로 청소한 뒤 그대로 오래 방치하면 구연산칼슘이라는 불용성 염(물에 잘 녹지 않는 물질)이 생길 수 있거든요. 이렇게 되면 애써 녹인 얼룩보다 오히려 더 제거하기 힘든 얼룩으로 변해 버려요. 구연산으로 청소할 때는 너무 오래 두지 말고, 꼼꼼하게 헹구는 것이 포인트예요.

참고: 「세정·세제의 기본과 원리」(슈와시스템)

아세트산도 안전한 유기산이에요. 칼슘 물때에는 효과적이지만 철 얼룩에는 효과가 낮아서, 구연산과 비슷하다고 보면 돼요. 내추럴 클리닝에서는 아세트산이 쓰이기도 해요.

한편 황산과 칼슘이 결합하면 황산칼슘이라는 물질이 생기는데, 이건 물에 잘 녹지 않는 성질을 가지고 있어요. 그래서 황산은 칼슘 얼룩이나 마그네슘 얼룩을 지우는 데는 적합하지 않아요. 얼룩을 녹이기는커녕 오히려 녹기 어려운 물질을 새로 만들어 버릴 수도 있거든요.

탄산칼슘은 어떻게 지워질까? 화학식으로 살펴봐요!

물때의 주성분인 탄산칼슘은 알칼리성에 가까운 성질을 가지고 있어요. 여기에 산성 세제(구연산)를 뿌리면 다음과 같은 중화 반응이 일어납니다.

여기서 눈여겨볼 것은 오른쪽의 “반응 후” 모습이에요.

• 칼슘 이온：물에 녹는 상태예요.

• 물： 당연히 액체죠.

• 이산화탄소： 보글보글 거품(기체)이 되어 날아가요.

다시 말해, “물에 녹지 않는 고체”가 반응하는 순간 “물에 녹는 성분”과 “가스”로 바뀌어 버리는 것이에요. 화학 반응식으로 쓰면 이렇게 됩니다(예를 들어 아세트산을 사용한 경우).

이 반응의 결과, 딱딱하게 굳어 있던 탄산칼슘은 아세트산칼슘이라는 “물에 잘 녹는 염”으로 모습을 바꿔요. “단단히 들러붙어 있던 물질”이 “물에 녹아드는 이온”으로 뿔뿔이 흩어지기 때문에, 샤워기로 흘려보내기만 해도 지워지는 거죠.

　탄산칼슘이 산에 지워지는 이유는, 산이 돌의 결합을 화학적으로 끊어서 다른 물질로 바꿔 주기 때문에 결과적으로 물과 함께 씻겨 내려가게 되는 거예요. 그러니까 물에 잘 녹지 않는 성질을 가졌더라도, 산만 있으면 표면부터 차근차근 깎아낼 수 있답니다.

이건 저희 집 화장실 손 씻는 곳에 쌓인 탄산칼슘, 그러니까 돌처럼 굳은 상태예요.

아주 진한 구연산 수용액을 만들어요. 키친타월에 듬뿍 적셔서 돌돌 감아 주세요. 이 상태로 1시간 동안 뒀어요.

1시간 후의 모습이에요.

탄산칼슘(돌)이 상당히 많이 떨어졌어요. 물때 제거용 스펀지로 가볍게 문질러 봅니다.

깨끗하게 없어졌어요!

욕실 거울에 낀 비늘 모양 물때라면, 100엔숍에서 파는 다이아몬드 연마제를 추천해요. 먼저 이걸로 큼직한 물때를 물리적으로 갈아내고요,

그다음에 키친타월에 진한 구연산 등을 적셔서 붙여 두었다가, 마지막으로 물로 씻어내면 말끔해져요.

before

after

강산성 물질의 무서움 → 단백질의 “변성”

수산화나트륨 같은 강알칼리성 물질은 지방을 비누화하고, 단백질을 가수분해로 잘라서 녹여 버리는 무서움이 있어요. 그렇다면 염산 같은 강산성 물질의 무서움은 무엇일까요?

강산은 수소 이온(H⁺)을 대량으로 내놓기 때문에, 단백질 분자의 입체 구조를 유지하고 있는 수소 결합이나 전하 균형 같은 것을 무너뜨려 버려요. 그 결과 단백질은 원래의 구조(입체 구조)를 잃고 변성됩니다.

수란으로 익숙한 현상인데요, 달걀을 식초에 담그면 흰자가 굳는 것과 비슷한 일이 피부 단백질에서도 일어나는 거예요. 변성된 단백질은 본래의 기능을 잃고 딱딱해져요. 이것이 바로 염산에 의한 화학 화상의 정체입니다.

참고: 산에 의한 화상은 “응고괴사”라고 불리는 유형의 손상을 일으켜요. 단백질이 변성되어 딱딱해지면서 막을 만들고, 이 막이 산이 더 깊이 스며드는 것을 어느 정도 막아 주는 역할을 해요. 그래서 같은 강한 약품이라도 알칼리성 물질(수산화나트륨 등)에 의한 화상보다는 비교적 얕은 범위에 그치기 쉽다고 알려져 있어요(알칼리는 지방과 단백질을 녹이면서 점점 깊이 스며드는 “융해괴사”를 일으키기 때문에 더 깊게 진행되는 경향이 있어요).

만약 닿았다면 “무조건 많은 양의 흐르는 물로 씻어내는 것”이 가장 중요해요. 중화하겠다고 다른 약품(베이킹소다물 등)을 끼얹는 건 중화 반응 자체가 열을 내기 때문에 오히려 화상을 악화시킬 수 있어서 권장되지 않아요. 흐르는 물로 약품을 희석하면서 물리적으로 씻어내고, 가능한 한 빨리 병원에 가는 것이 중요합니다.

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