2026年10月23日 / Last updated : 2026年10月23日桑子研 Science

염소계 세제와 산소계 세제, 표백과 살균에 효과 만점! (청소의 과학)

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험!

청소의 과학을 한눈에 정리한 글은 여기에서 볼 수 있어요.

洗剤の驚異の化学（お掃除の科学）

염소계 세제(하이터, 카비키라, 키친하이터 등)는 차아염소산나트륨의 강력한 산화력으로 얼룩의 색소와 세균을 분해해요. 특히 효과를 발휘하는 오염은 다음과 같아요.

곰팡이: 욕실 고무 패킹, 타일 줄눈, 벽에 핀 검은 곰팡이

살균·탈취: 도마, 행주, 배수구의 미끈거림, 덜 마른 빨래 냄새

찻물·커피 얼룩: 머그컵, 포트 안쪽, 식기에 낀 착색 얼룩

흰 옷의 누런 때·검은 때: 목깃과 소매의 찌든 때, 음식물 얼룩

채소 색소 얼룩: 카레나 토마토소스가 묻은 플라스틱 용기(흰색)

단점도 있어요. 염소계는 표백력과 살균력이 아주 강한 대신, 색깔 있는 옷은 색이 빠지고 금속은 녹이 슬 수 있답니다.

한편 산소계 세제(옥시클린, 산소계 표백제, 과탄산나트륨 등)는 과탄산나트륨 같은 성분이 물에 녹으면서 생기는 산소의 힘으로 얼룩을 분해해요(과산화수소). 염소계보다 순하고(산화력은 조금 약해요) 색깔 있는 옷에도 쓸 수 있다는 게 장점이에요. 다만 고집스러운 곰팡이에는 힘이 부족할 때가 있어요. 산소계는 40~50℃ 정도의 따뜻한 물에 쓰면 효과가 훨씬 좋아져요.

이 밖에도 다음과 같은 곳에 쓸 수 있어요.

미끈거림·가벼운 곰팡이: 세탁조 뒷면의 미끈거림, 배수구, 욕조의 피지 때

기름기가 섞인 오염: 환풍기와 가스레인지 주변(따뜻한 물에 풀어서 담가 두세요)

산화 작용이란?

염소계 세제와 산소계 세제에는 표백 작용이 있어요. 표백제는 산화 표백제와 환원 표백제로 나뉘는데, 가정에서는 주로 산화 표백제를 사용해요. 그래서 여기서는 ‘산화’라는 개념이 아주 중요해요. 산화란 「산소를 얻는 것」「수소를 잃는 것」「전자를 내놓는 것」, 이 세 가지를 뜻해요. 예를 들어 볼게요.

2Cu + O2 → 2CuO

구리가 산소를 얻었으니 산화 반응이에요.

2CH3OH + O2 → 2HCHO + 2H2O

메탄올이 수소 원자를 빼앗겼으니 산화 반응이에요.

2Na + Cl2 → 2NaCl

나트륨이 전자를 내놓았으니 이것도 산화 반응이에요.

　산화제란 상대에게서 전자를 받아 가는(빼앗는) 방법으로 상대를 산화시키는 물질을 말해요. 예를 들어 염소는

Cl2 + 2e⁻ → 2Cl⁻

처럼 전자를 받아들일 수 있으니 산화제가 되는 거예요.

산화 표백제는 염소계 표백제(가정에서 주로 쓰는 것은 차아염소산나트륨 NaClO)와 산소계 표백제(가정에서 주로 쓰는 것은 과탄산나트륨 2Na2CO3・3H2O2, 과산화수소 H2O2)로 나뉘어요.

염소계 표백제는 산화력이 워낙 강해서 색깔 있는 옷에 쓰면 색까지 같이 빠져 버려요. 그래서 흰 옷에만 쓸 수 있어요. 반면 산소계 표백제는 색깔 있는 옷에도 쓸 수 있답니다.

염소계 세제(염소계 표백제)

　염소계 세제는 기름때에는 별로 효과가 없어요. 이 친구의 전문 분야는 표백, 살균, 곰팡이 제거예요. 산화의 힘으로 색소와 세균을 분해하는 거죠.

　염소계 표백제의 주성분은 차아염소산나트륨( $NaClO$ )(위키 참고)과 수산화나트륨이에요(차아염소산소다라고도 불러요).

키친하이터가 가장 유명하죠.

키친하이터의 성분표를 보면,

물
차아염소산나트륨
수산화나트륨
계면활성제

　이렇게 수산화나트륨이 들어 있어서 액성을 알칼리성 쪽으로 기울여 두었어요. 염소계 표백제는 차아염소산나트륨이 분해되지 않도록 알칼리성으로 유지되고 있거든요. 알칼리성 자체도 얼룩을 떼는 데 도움이 되지만, 진짜 주역은 차아염소산(HClO)의 산화 작용이에요.

차아염소산나트륨(NaClO)에서 만들어지는 차아염소산(HClO)의 산화력이 표백 작용을 일으켜요. 차아염소산나트륨을 물에 녹이면 일부가 물과 반응해서 차아염소산과 수산화나트륨으로 나뉘어요.

이 반응은 가역 반응(평형 상태)이에요. 생성된 수산화나트륨 때문에 용액이 강한 알칼리성이 되기 때문에, 보통의 차아염소산나트륨 용액에서는 차아염소산(HOCl)의 비율이 낮고 대부분 차아염소산 이온(ClO-) 상태로 존재해요. 여기에 용액의 pH를 낮춰 산성 쪽으로 기울이면 차아염소산이 대량으로 만들어져요.

산을 너무 많이 넣어 용액이 산성(pH 5 이하)이 되면, 차아염소산이 한 번 더 분해되면서 유독한 염소 가스가 발생해요(바로 그 유명한 「섞지 마세요, 위험」 반응이에요).

이미지 인용　iwaki　펌프 나루호도 용어편【유리잔류염소와 결합잔류염소】

　https://www.iwakipumps.jp/blog/naruhodo/33/

또 차아염소산은 산소계 표백제의 과산화수소와 만나면 효력을 잃어버려요. 그러니 염소계 세제(표백제)와 산소계 세제(표백제)를 함께 쓰는 건 의미가 없답니다.

참고 『図解入門よくわかる最新洗浄・洗剤の基本と仕組み』(秀和システム)

그렇다면 염소계 표백제는 왜 이렇게 잘 듣는 걸까요? 포인트를 정리해 볼게요.

① 색깔을 내는 분자를 부순다(표백)

　곰팡이의 검은 얼룩이나 찻물 얼룩 같은 ‘색’을 만들어 내는 분자의 구조를 산화로 파괴해요. 구조가 무너지면 빛을 반사하지 못하게 되고, 색이 사라지는 거예요. 대부분의 색소는 탄소끼리의 이중 결합( $C=C$ )이 길게 이어진 구조를 가지고 있어요. 이 구조가 특정한 빛만 흡수하고 나머지는 반사하기 때문에, 우리 눈에는 색이 있는 것처럼 보이죠.

　차아염소산이 반응하면 이중 결합이 찢어져서 단일 결합( $-C-C-$ )이 돼요. 결합이 끊어지고 단일 결합만 남으면 빛을 흡수하지 못하고, 모든 빛을 통과시키거나 반사하게 돼요(하얗게 되거나 투명해지죠). 결국 표백은 ‘얼룩을 어딘가로 치워 버리는 것’이 아니라 ‘색의 정체인 분자의 모양을, 색을 낼 수 없는 모양으로 바꿔 버리는 것’이에요.

예를 들어 욕실 고무 패킹의 검은 곰팡이는 정말 사라질까요? 중성 세제로 아무리 문질러도 안 지워지던 얼룩이었어요. 그래서 써 본 것이 바로 이 카비키라 PRO예요.

Amazon　카비키라 PRO

젤 타입이라 바른 뒤에도 오래 흘러내리지 않고 머물러 줘요. 최대한 마른 상태일 때 효과가 좋으니, 젖어 있다면 수건 등으로 표면의 물기를 닦아 주세요. 자, 뿌려 봤어요.

30분 기다렸다가 물로 헹궈 내면… 짜잔!

완전히 사라지진 않았지만 눈에 띄게 연해졌어요. 한 번에 안 지워진다면 몇 번 반복해서 조금씩 눈에 안 띄게 만들 수 있답니다.

②　단백질을 산산조각 낸다(분해)

　배수구의 미끈거림이나 머리카락은 단백질로 이루어져 있어요. 단백질의 뼈대인 펩타이드 결합(CONH)이 차아염소산나트륨(NaClO)과 반응하면 CO와 NH로 끊어져요.

이미지는 ChatGPT로 만들었어요

　원래 펩타이드 결합은 물만으로는 좀처럼 끊어지지 않아요. 하지만 강한 알칼리성과 산화력이 촉매처럼 작용해서 거대한 사슬을 아미노산이나 작은 펩타이드로 ‘뿔뿔이 조각내’ 버려요. 그 덕분에 딱딱하던 머리카락 같은 것이 물에 녹는 액체 상태로 변해 가는 거예요.

　게다가 강한 알칼리(강염기)에는 단백질을 아미노산 수준까지 분해해 버리는 힘이 있어요. 완전히 분해하지 못하더라도, 단백질 고분자 중간에 있는 ‘아미드 결합’을 물과 반응시켜 끊을 수 있거든요(가수분해 반응). 이렇게 하면 단백질이 물에 잘 녹는 형태로 바뀌어 간답니다.

アルカリ性洗剤（頑固な油汚れ）に効く科学的な意味

곰팡이는 ‘사상균’이라고 불리는 미생물이에요. 눈에 보이는 검은 곰팡이나 분홍색 물때가 여기에 해당해요. 욕실에는 곰팡이가 좋아하는 조건이 모두 갖춰져 있어요.

수분: 목욕 후의 높은 습도, 벽과 바닥에 남은 물방울

온도: 곰팡이가 가장 좋아하는 20~30℃ 안팎, 욕실 온도가 딱 거기에 들어맞아요

영양분: 피지, 때, 비누 찌꺼기, 머리카락 등 사람에게서 나온 유기물이 풍부해요

산소: 환풍기나 틈새로 드나드는 공기

이 네 가지 조건이 동시에 갖춰지면 곰팡이 포자가 균사를 뻗으며 번식해요. 곰팡이에게 욕실은 그야말로 천국이나 다름없죠. 게다가 곰팡이는 표면뿐 아니라 고무 패킹의 틈새나 타일 줄눈처럼 미세한 요철 속으로 균사를 파고들어 뿌리를 내리듯 퍼져 나가요. 한 번 생기면 겉만 닦아서는 잘 안 지워지는 이유가 바로 이거예요. 염소계 세제는 세균이나 바이러스 표면의 단백질 막, 그리고 내부의 유전자(DNA/RNA)를 산화 공격으로 파괴해요.

③　아미노기의 산화

이미지는 ChatGPT로 만들었어요

염소계 세제(차아염소산나트륨(NaClO))의 공격은 사슬을 끊는 데서 끝나지 않아요. 단백질을 이루는 아미노기( $-NH_2$ )와도 반응해요.

R-NH_2 + NaClO \rightarrow R-NHCl + NaOH

여기서 생기는 $R-NHCl$ 클로라민)은 아주 불안정한 물질이에요. 산화가 더 진행되면 결국 질소 가스, 물, 이산화탄소로까지 분해되기도 해요.

④　가교 구조의 파괴

머리카락이 왜 그렇게 튼튼한지 아시나요? 단백질 사슬끼리 ‘황(S)’을 매개로 꽉 손을 맞잡고 있는 가교 구조가 있기 때문이에요.

R-S-S-R \xrightarrow{NaClO} 2R-SO_3^- (\text{スルホン酸})

염소계 세제는 이 ‘악수’마저 산화의 힘으로 떼어 놓아요. 이 단단한 가교 구조가 무너지면 머리카락은 형태를 유지하지 못하고 흐물흐물 녹아내리고 말아요.

싱크대 살균의 비결은 물기를 남기지 않는 것!

염소계 표백제의 살균 효과는 어디까지나 ‘그 순간 세균을 줄여 주는’ 효과예요. 다음 날이면 또 새로운 세균이 늘어나기 시작하죠. 또 금속을 상하게 할 수 있으니 사용 후에는 물로 꼼꼼히 헹구는 것도 중요해요.

그리고 의외로 놓치기 쉬운데, 세균 번식을 막는 데 가장 효과적이면서 돈도 들지 않는 방법이 바로 물기를 남기지 않는 거예요. 대부분의 세균은 축축한 환경이 아니면 활발하게 번식하지 못해요. 싱크대를 다 쓴 뒤에 마른 행주나 스퀴지로 물기를 잘 닦아 두기만 해도 세균이 늘어나는 속도를 크게 늦출 수 있어요. 건조야말로 최고의 살균이라고 해도 과언이 아니에요.

염소계 세제는 왜 ‘섞지 마세요, 위험’일까?

　이것만은 꼭 알려 드려야 해요. 바로 ‘섞지 마세요, 위험’의 이유예요. 가정용 ‘염소계 표백제’의 주성분은 보통 차아염소산나트륨(NaClO)이에요. 제품 안에서는 차아염소산나트륨이 쉽게 분해되지 않도록 알칼리성으로 유지되고 있어요.

　여기에 산성 세제(구연산 등)가 섞이면 염소 가스가 발생하는 무시무시한 화학 반응이 일어나요.

NaClO + 2HCl \rightarrow NaCl + H_2O + Cl_2 \uparrow

이미지 인용　iwaki　펌프 나루호도 용어편【유리잔류염소와 결합잔류염소】

　https://www.iwakipumps.jp/blog/naruhodo/33/

　오른쪽 끝에 나오는 염소 가스는 맹독성이에요. 제1차 세계대전 때 독가스 무기로 쓰였을 만큼 위험한 기체이고, 들이마시면 폐의 수분과 반응해 염산으로 변해서 호흡기에 치명적인 손상을 입혀요.

　여기서 의문이 하나 생겨요. 염소와 물이 만났을 뿐인데, 어떻게 강산인 ‘염산’이 생기는 걸까요? 신기하죠. 사실 여기서도 염소의 ‘수소를 빼앗는'(상대를 산화시키는: 산화제) 강렬한 성질이 작용해요. 염소 가스가 폐 점막 같은 곳의 수분과 닿으면 곧바로 다음과 같은 반응이 일어나요.

Cl_2 + H_2O \rightarrow HCl + HClO

　그냥 물에서 염산이 만들어지는 이유는, 염소 분자의 결합이 끊어지면서 한쪽은 물의 수소를 빼앗아 $HCl$ 이 되고, 다른 한쪽은 남은 $OH$ 와 붙어서 $HClO$ 가 되기 때문이에요. 이 반응은 아주 빠르게 진행돼요. 다시 말해 염소 가스는 물에 녹기만 해도 ‘강력한 산(염산)’과 ‘강력한 산화제(차아염소산)’를 동시에 만들어 내 버리는 거예요. 그래서 폐 세포가 공격을 받게 되는 거죠(②의 단백질 분해에서 설명한 일이 우리 몸속에서 그대로 벌어지는 셈이에요).

‘염소계 세제’와 ‘산’은 절대로 만나게 해서는 안 되는 금단의 조합이랍니다.

산소계 세제(산소계 표백제)

산소계 표백제는 크게 과산화수소와 과탄산나트륨으로 나뉘어요. 과산화수소는 화학식으로 H2O2, 구조식으로 HO-OH라고 써요. 물(H2O)에 산소 원자가 하나 더 붙은 모양인데, 이 ‘덤으로 붙은 산소’가 표백의 열쇠예요.

과산화수소는 다른 물질에서 전자를 빼앗아 자기 자신은 더 안정적인 물(H2O)이 되려는 성질(산화 작용)이 아주 강해요.

옷에 묻은 얼룩, 누런 때, 찻물 얼룩 같은 ‘색’은 특정 유기 화합물(색소)이 가진 ‘공액 이중 결합’이라는 화학 구조에서 나와요. 이 구조가 빛을 흡수하기 때문에 우리 눈에 ‘색’으로 보이는 거예요.

과산화수소의 강한 산화력은 이 색소의 화학 구조를 정면으로 공격해요.

• 과산화수소가 색소에서 전자를 빼앗는다(산화시킨다).
• 색의 원인이던 분자의 결합이 뚝뚝 끊어지거나 모양이 바뀐다.
• 구조가 무너진 결과, 빛을 흡수하지 못하고 무색(흰색)이 된다.

즉 표백은 얼룩을 ‘씻어 내는’ 게 아니라, 화학 반응으로 얼룩의 ‘색 자체를 부숴서 투명하게 만드는’ 원리예요.

옷 세탁용 액체 표백제로 판매되는 것은 주로 이쪽이에요.

참고　와이드하이터 EX

성분: 과산화수소(산소계), 계면활성제(폴리옥시에틸렌 알킬에테르)

예를 들어 와이드하이터 EX의 성분은 과산화수소(산소계)와 계면활성제(폴리옥시에틸렌 알킬에테르)예요. 계면활성제는 물과 기름을 잘 섞이게 해서 얼룩이 더 잘 떨어지도록 도와주는 역할을 해요.

실크나 울에도 쓸 수 있을까? 없을까?

액체 타입 과산화수소는 작용이 순해서 단백질로 만들어진 섬유(실크나 울 등)에도 쓸 수 있어요. 반면 가루로 파는 과탄산나트륨은 물에 녹으면 과산화수소를 만들어 내니 똑같이 표백 작용을 하는데, 과산화수소보다 힘이 세서 단백질 섬유에는 쓸 수 없어요. 같은 산소계라도 쓸 수 있는 대상이 다르니, 세탁 표시와 제품 설명을 꼭 확인하세요.

염소계보다 약하니까 색깔 있는 옷에도 쓸 수 있다

산소계 표백제는 염소계 표백제보다 작용이 약한 편이에요. 그래서 옷의 염료까지 분해해 버릴 만큼의 힘은 없고, 색깔 있는 옷의 표백에도 쓸 수 있어요. 여기서는 ‘약하다’는 점이 오히려 장점이 되는 거죠. 다만 소재나 염료에 따라 색이 빠질 수도 있으니, 눈에 띄지 않는 곳에서 먼저 시험해 보면 안심이에요.

알칼리성으로 만들면 표백력이 쑥!

과산화수소 표백 작용의 근원은 HOO-(퍼하이드록실 이온)라는 이온이에요. 과산화수소(HO-OH)는 그대로 두면 HOO-로 잘 바뀌지 않아요. 그런데 액을 알칼리성 쪽으로 기울여 두면 표백 작용이 강해져요.

알칼리성 액 속에 있는 OH-가 과산화수소의 H+를 쏙 뽑아 주기 때문이에요. H+가 빠져나간 과산화수소가 HOO-가 되면서 표백 작용이 활발해지는 거죠.

게다가 과산화수소의 표백 작용은 HOO-에서 생기는 ・OH(하이드록실 라디칼)가 강력하게 작용하기 때문이라고 여겨지고 있어요. 하이드록실 라디칼은 반응성이 아주 높은 입자라서, 색의 근원이 되는 물질을 분해해 버려요.(위키피디아 참조)

과탄산나트륨은 왜 이렇게 강력할까?

과탄산나트륨은 과산화수소와 탄산나트륨을 반응시켜 얻는 물질이에요. 물에 녹이면 과산화수소와 함께 알칼리성인 탄산나트륨이 나와요. 다시 말해 물에 녹이기만 해도 ‘과산화수소’와 ‘알칼리성 액’이 한 세트로 갖춰지는 거예요. 앞에서 배웠듯이 알칼리 쪽으로 기운 과산화수소는 표백력이 강해져요. 이것이 과탄산나트륨의 표백 작용이 강한 이유랍니다.

아래는 코피 얼룩을 과탄산나트륨으로 표백한 모습이에요. 색깔 있는 천인데도 코피 색만 쏙 빠진 게 보이죠?

鼻血の頑固なシミが消えた!過炭酸ナトリウムのすごい力を実験してみた（お掃除の科学）

＜참고 사이트＞

비누백과(石鹸百科)

・과탄산나트륨(산소계 표백제)이란?

・pH와 과탄산나트륨(산소계 표백제)의 표백 효과

・위키피디아　탄산나트륨 과산화수소화물

문의 및 의뢰 안내

과학의 신기함과 재미를 더 가까이에서! 집에서 할 수 있는 즐거운 과학 실험과 그 요령을 알기 쉽게 정리해 두었어요. 이것저것 검색해 보세요!
・’과학 아이디어 노트(科学のネタ帳)’의 내용이 책으로 나왔어요. 자세한 내용은 여기를 확인해 주세요.
・운영자 쿠와코 켄에 대해서는 여기를 확인해 주세요.
・각종 의뢰(집필·강연·실험 교실·TV 감수 및 출연 등)는 여기로 부탁드려요.
・글 업데이트 소식은 X에서 전해 드려요!

과학 아이디어 채널(科学のネタチャンネル)에서는 실험 영상을 公開 중이에요!

テレビ番組監修・イベント等のお知らせ

「ネイチャーティーチャー」（TBS）に出演しました。Tverにて11月3日（火）まで配信中です。

サタプラ（MBS）にて「日常に潜む！ピンチ脱出法について」のコーナーに出演しました。Tverにて11月7日（土）まで配信中です。

11月4日（水）　ZIP（日本テレビ）7:20頃放送予定（科学監修）
11月27日（金）　テレビ監修番組放送予定
12月26日（土）　ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催

１１月のイチオシ実験！

どうして結露は起こるのか？結露を防ぐためには？実験で確かめよう！

書籍のお知らせ

『高校入試分解問題集理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。
『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
『きめる!共通テスト物理基礎改訂版』（学研）…　高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。