중합 반응의 개념과 예시

중합 반응의 개념과 예시

중합 반응의 개념과 예시

사실 이 합성고무는 이미 1차 세계대전 중에도 한번 생산된 전력이 있었습니다. 1910년에 러시아의 화학자인 세르게이 레베데프가 뷰타다이엔이라는 물질로부터 소듐 촉매를 이용해서 폴리 뷰타다이엔이라는 합성고무를 생산했었죠. 그리고 1차 세계대전 중에 천연고무를 가지고 있지 않았던 러시아가 자신들의 부족한 고무를 대체하기 위해서 바로 이 폴리 뷰타다이엔이라는 합성고무를 생산하기 위한 공장을 가동했습니다. 뷰타다이엔으로부터 폴리 뷰타다이엔이라는 합성고무를 생산하는 반응을 우리는 중합 반응이라고 합니다. 굉장히 작은 크기의 분자들을 서로 연결해서 체인처럼 긴 고분자를 만드는 반응이죠. 중합 반응을 한번 예로 들어보겠습니다. 에틸렌 분자를 중합 반응을 시켜서 폴리에틸렌을 만드는 예인데요. 실제로 폴리에틸렌은 현재 우리가 가장 많이 사용하는 플라스틱의 한 종류입니다. 에틸렌은 이중결합을 가지고 있습니다. 이 이중결합은 마치 사람이 그림처럼 팔짱을 끼고 있는 것에 비유됩니다. 본인이 두 개의 손을 가지고 있는데 이 손을 맞잡았기 때문에 다른 사람을 잡을 수가 없는 것이죠. 그래서 이 에틸렌 분자는 독자적으로 행동합니다. 그렇지만 일단 이렇게 잡고 있던 손을 풀어주면, 옆에 있는 다른 분자를 잡을 수 있게 되죠. 이것이 바로 중합 반응입니다.

고분자 예시

팔짱을 끼고 있던 두 손을 밖으로 벌리게 함으로써 다른 분자들과 서로 손에 손을 잡으면서 분자들이 서로 길게 연결되는 것이죠. 그렇게 만들어진 것이 바로 고분자, 폴리머입니다. 그래서 에틸렌의 이중결합을 깨서 다른 에틸렌과 서로 손을 붙들게 만들면 폴리에틸렌이라는 플라스틱이 만들어지는 것이죠. 자연에서도 이와 같은 반응이 일어납니다. 자연에서는 중축 합반 응이라는 반응이 일어나는데요. polycondensation이라고 합니다. 이 중축합 반응을 통해서 다양한 고체들이 만들어지는데요. 대부분의 이런 고체들은 천연 고분자입니다. 천연 폴리머죠. 광합성에서 만들어지는 포도당이 대표적인 예인데요. 태양빛을 받으면 이산화탄소와 물이 반응을 해서 광합성 반응이 일어나죠? 광합성 반응을 통해서 글루코오스, 즉 포도당이 만들어집니다. 이 포도당은 전체적인 구조가 육각형 고리의 구조를 가지고 있는데 이와 같은 포도당을 중축합 반응을 통해서 서로 연결해주면 그림에서 보는 것과 같이 육각형의 포도당들이 서로 옆으로 길게 연결된 고분자가 만들어집니다. 이 육각형 포도당이 어떤 식으로 서로 연결되느냐에 따라서 전분이 만들어지기도 하고, 경우에 따라서 셀룰로오스가 만들어지기도 하고, 어떤 경우에는 글리코겐이 만들어지기도 합니다. 모두가 다 고체물질들이죠. 그러면 이와 같은 전분, 셀룰로오스와 같은 물질들이 결국에는 식물의 가지, 잎과 같은 몸체를 만들게 되는 것입니다.

중축합 반응과 중합 반응

중합 반응은 앞에서 보았던 자연에서 일어나는 중축합 반응을 흉내 내는 것입니다. 자연에서 포도당이 중축합 반응을 거쳐서 셀룰로오스나 starch(녹말)을 만드는 것처럼, 중합 반응이란 굉장히 작은 크기의 분자들을 서로 연결해서 굉장히 커다란 크기의 어떤 고체물질을 만드는 것을 말합니다. 이 중합 반응에서 가장 중요한 고려 요인은 반응의 원료가 되는 물질이 충분해야 된다는 사실입니다. 1910년에 러시아의 레베데프가 폴리 뷰타다이엔을 만들 때 이 뷰타다이엔을 감자로부터 얻었습니다. 즉 감자와 같은 곡물로부터 에탄올을 만들고, 이 에탄올로부터 뷰타다이엔이라는 원료를 생산했습니다. 그리고 이 뷰타다이엔이라는 원료로부터 중합 반응을 거쳐서 폴리 뷰타다이엔이라는 합성고무를 만들었던 것이죠. 쉽게 얘기해서 감자로부터 합성고무를 만든 것이죠. 사실 1차 세계대전 중에는 합성고무가 너무나 중요했습니다. 따라서 식량으로 사용되는 감자를 소비하더라도 합성고무를 만들어야만 했죠. 그래서 폴리 뷰타다이엔이라는 합성고무를 만드는 공장을 짓고 대량생산을 하게 됩니다. 그런데 이렇게 합성고무를 대량 생산하면 할수록 감자는 없어지겠죠. 과연 평화 시에 이게 받아들여질까요? 평화 시에는 사실 사람들이 먹는 식량이 더 중요해지겠죠? 그래서 1차 세계대전이 끝나고 이 폴리 뷰타다이엔을 생산하던 공장은 모두 폐쇄됩니다. 러시아는 폴리 뷰타다이엔이라는 합성고무 생산을 중지하게 됩니다.