⑮ 모발과 광선과의 관계
건조한 상태의 모발은 광선의 영향을 적게 받는다. 파장이 짧은 자외선은 모발 keratin의 변성을 가져다 준다. 자외선이 많은 고원이나 해변의 옥외에 많이 노출된 사람의 모발은 perm시술이 잘 되지 않는데, 이는 자외선의 영향을 받은 모발 keratin이 변성되었기 때문이다. 양모의 경우에도 옥내에서 사육된 양의 털보다 야외에서 방목된 양모가 cystine 함량이 더 적다.
파장이 긴 가시광선이나 근적외선은 모발에 직접적인 영향은 없으나 약액에 젖은 모발에 가시광선이나 근적외선을 쬐면 약액의 화학반응을 촉진시키고 간접적으로 모발에 영향을 준다. 예로서 hair tint(coloring) 또는 perm 시술 중의 열처리는 컬러링의 경우 염료의 산화 중합을 촉진시키거나 melanin 색소를 분해한다. perm시의 열처리 또한 화학반응을 촉진시킨다.
빛이 어떤 표면에 입사되면 일부는 입사각과 동일한 각도로 정반사되며 그 밖의 일부는 입사각과는 다른 각도로 산란 반사된다. 모발에 빛이 투과되면 입사광은 표면에서 반사 또는 굴절된다. 굴절된 입사광의 일부는 모발 내에 들어와 흡수되고 모발 내에서 반사, 굴절된 후 다시 모발 밖으로 산란된다. 빛의 굴절이 일어나면 왜 모발의 광택이 없어지는지, 또 빛의 흡수가 일어나면 왜 광택이 발생되는지 의문스러울 때가 있다.
Hair strand 또는 모발의 선단부를 Combing에 의해 나란히 정돈시킴에 따라 광택의 정도에 영향을 준다고 볼 수 있다. 모발이 편형으로 늘어서 있을 경우 정반사광은 최대가 되며, 확산반사는 최소가 된다.
한 가닥의 hair라도 모발에 대해 직각으로 반사시켰을 때보다는 모축 표면에서 반사될 때 광택이 더 난다. 즉 모발과 평행에 가까운 각도로 빛을 비출수록 직각에 가까운 각도로 빛을 조사하는 것보다 광택이 많이 난다. 또한 모표피의 방향으로 빛을 입사하면, 역방향으로 입사시킬 때보다는 반사광은 커지나 확산광은 적어진다.
어두운 색의 모발은 옅은 색의 모발보다도 더 광택이 있은 것처럼 보이는 경우가 많다. 빛의 일부는 표면에서 반사되고, 나머지는 모발의 내부로 들어가 불규칙적인 반사에 의해 산란되며 다시 밖으로 나올 때는 확산광이 증가하지만 인위적으로 hair tint 또는 hair bleach를 했을 경우 이 확산광의 일부는 모발로부터 나오기 이전에 흡수되어 약해지고, 염색되지 않은 모발이나 금발보다도 광택이 있는 것처럼 보인다.
5. 미용상의 화학적 처리모
1) 모발 색소의 산화
모발의 색소는 란(卵)형 또는 구형의 과립으로 모피질 및 모수질에 존재, 장축의 길이 0.2∼0.8μ 범위이다. 모발색소 과립을 분리하기 위해서는 모발을 용해시킨 후 과립을 얻는 방법을 사용하며 Funatsu에 의하면 멜라닌 과립은 일반적으로 색소, 단백질, 금속으로부터 이루어져 있다. Schmidli등은 모발을 산 또는 알칼리로 가수분해한 후 단백질과 결합한 멜라닌을 분리시켰다. 즉 멜라닌 과립은 단백질과 결합하므로 멜라노 단백질(melano protein)이라 불리고 있다.
붉은 색소인 아멜라닌은 흑갈색 색소인 진멜라닌보다 밝은 색소이며, 철을 함유하며, 트리코실세린이라 희석 알칼리 용액에서 용해되며 멜라노사이트나 모발 중의 과립으로 존재한다.
Prota와 Nicolaus는 적색색소는 3,4-디히드록시페닐알라닌(DOPA) 등의 퀴논류와 시스테인과의 멜라닌 형성과정과 비슷한 반응에 의해 형성된다하였다.
Prota에 모델화 된 적색안료의 구조(처음 6각형과 마지막 6각형은 가운데 원 삽입)
2) 탈색 처리모
시판되고 있는 탈색제(알카리, 과산화수소, 과황산염)로 처리한 모발의 섬유 아미노산 분석이 보고 된 바 있다. 탈색의 정도에 따른 모발의 가수분해물 중에 함유된 아미노산을 측정한 것으로서 강하게 탈색된 모발과 미처리모 사이의 큰 화학적 차이는 탈색 처리모에서는 cystine 함량이 낮고 cysteine 함량이 높으며 tyrosine, methionine 함량 또한 낮았다. 한편 약간 탈색된 모발에서는 미처리모 보다도 cystine이 많이 감소했으며 상대적으로 시스테인산이 증가한 것으로 나타났다. 이 결과는 모발 단백질과 탈색제의 반응은 주로 disulfide bond(S-S)에서 일어난다는 Zahn의 최초의 결론을 뒷받침했다.
미처리모에 비해 탈색모에서는 모발 1g당 아미노산의 총 μ㏖양이 감소하였으나 이것은 함황(含黃)아미노산에의 효소의 첨가 및 탈색처리 욕조에서의 단백질 또는 단백질 유도체의 가공화 등의 영향에 의한 것으로 추측된다. 시스틴이 시스테인산이 되는 산화 반응에서 생성되는 중간물인 disulfide 산화물이 과초산수용액에 의해 산화된 양모 중에 존재한다는 것은 이미 알려져 왔다. 그러나 disulfide bond의 산화 중간물질이 사용되고 있는 탈색모제품에 의해 산화된 모발 중에 최종 생성물로서 존재하는 것은 밝혀져 있지 않았으나 이들 산화 중간 물이 탈색처리의 최종 생성물로서 그 양은 극히 미량이다.
탈색 처리모에서 cysteine acid가 다량 존재한다는 것은 한때 믿을 수 없는 일 이였다. 탈색처리모의 가수분해 중에 볼 수 있는 cysteine acid는 가수분해 중 cystine의 중간산화물이 분해됨으로서 생성된다는 이론이 대두되었다. 그러나 가수분해 되지 않는 모발의 시차적외분광 분석에 의해서 중간정도 또는 지나치게 탈색 처리된 모발 중에서 비교적 다량의 시스테인산 잔기가 존재한다는 것이 밝혀졌으나 탈색처리 중에는 슬폰산(SO3H)이나 슬렌산(원어) 등의 황산이 존재하고 있다는 증거는 아직 없다. 이들 산은 불안정하여 고농도로 존재하지 않는다.
〈아미노산 조성에 대한 탈색효과〉
μ㏖/g dry hair
아미노산 미처리모 탈색처리모
Aspartic acid
Threonine
Serine
Glutamic acid
Proline
Glycine
Alanine
Cystine
Valine
Methionine
Isoleucine
Leucine
Tyrosine
Phenylalanine
Cystine acid
Lysin
Histidine
Arginine 437
616
1085
1030
639
450
370
1509
487
50
227
509
183
139
27
198
65
511 432
588
973
999
582
415
357
731
464
38
220
485
146
129
655
180
55
486
3) set 및 과수축
환원제 수용액 중에서 케라틴 섬유를 당겨 늘이면, 내부가 변형되기 때문에 몇 개의 수소결합이 절단된다. 고온에서 절단되기 쉬우며, 변형에 대한 저항력은 저하된다. set의 각 단계에서 디슬피드 결합(disulfide bond) 및 멀캅탄기(-SH)가 중요한 역할을 나타내고 있다. 늘려 펴지기 전에 멀캅탄을 제거하면 영구set는 일어나지 않고 반대로 힘을 없애기 전에 멀캅탄을 제거하면 set는 제거된다.
케라틴 섬유를 늘려 펼치면 결정구조가 변화함으로, X선 회절을 이용해서 set의 구조를 검토할 수 있다. 각종 set를 행하면 α-형에서부터 β-형으로 전이가 일어나는 것으로 보아 모피질중의 섬유질의 α-helix가 펼쳐져 β-형으로 변하는 것을 알았다.
수소 결합, 염 결합, 소수 결합(반데르발스힘), 입체장애의 어느 경우에 있어서도 연신으로서 늘어남과 set로서의 교정됨을 방해한다. 가해지는 힘에 저항하는 각종의 결합 중에서 약한 경우는 피질세포 섬유질의 부분보다도 시스틴 함량이 많은 세포질에서 많다.
환원 수용액 중에서 가장 약한 부분은 시스틴 결합과 수소 결합이며 늘어나게 되면 교환· 탈절단되어 microfilament에서 α-형에서 β-형으로 전이가 일어나며 세포 간충물질 중에서 구조의 재배열이 일어난다. 알칼리의 진한 용액이나 환원제 수용액과 같은 모발 팽윤제를 사용하면 과수축과 set가 일어나기 쉽다. 과수축의 경우도 디슬피드와 멀캅탄기의 교환반응이 중요하다.
그밖에 케라틴섬유를 과수축 시키면 복굴절이 보이지 않게 되어, X선 회절에서 α-형이 소실되기 때문에 모피질 중의 섬유질에서는 구조의 재배열이 일어난다. 즉 α-케라틴 구조의 규칙성이 감소된다. 과수축과 set에서는 추진력 및 생성된 분자의 배열이 다르지만 구조는 비슷하다. 모발을 구부려 환원제 수용액으로 처리시키면, 외측에서는 신장되어 set가 일어나고 내측에서는 압축되어 과수축이 일어난다.
4) 모발처치과정 중 과처리 후의 팽윤
멀캅탄 수용액 중에서 모발의 팽윤을 조사하는 방법으로 현미경법(체적변화)과 원심분리법(중량변화)이 있다. 멀캅탄과의 팽윤중에는 팽윤이 크고, 헹굼 과정 중에는 팽윤의 속도는 약해지지만 팽윤은 계속되고 있다. 이는 헹굼 과정 중에는 염농도가 외부보다도 높아져, 침투압에 의해 물이 내부에 유입되기 때문이다. 제2액 처리 시에는 팽윤된 부분이 원래의 형으로 되돌아온다. 즉 모발을 환원시켜 산화 처리하면 원래의 직경으로 되돌아온다. 미처리모에 비해 perm된 모발이나 탈색 모발이 팽윤이 크다. 따라서 환원·산화에 의해 모발의 변화 정도를 알 수 있다.
5) 모발의 가수분해 또는 알칼리 작용
탈색제는(pH9∼11) 탈색과정에서 모발 중의 peptide나 amide 결합의 가수분해 및 란치오닌(티오페닐잔기, 긴산(asparti acid)이나 글루타민산(glutamic acid)의 아미드 결합의 가수분해는 섬유중의 염기성기에 대한 산성기의 비율을 증가시켜 모발의 등전점 및 이온화를 저하시킨다.
6) 모발 전체의 산성 및 염기성기의 분석
미처리의 케라틴 섬유의 산 결합능 및 산성염료 결합능은 염기성 잔기의 수를 추정하는데 이용되고 있다. 마찬가지로 염기 결합능은 산성기의 수를 추정하는데 이용할 수 있다. 미처리모의 산 결합능은 약 820μ㏖/g이며, N-말단기(약15μ㏖/g) 및 흡착하고 있는 알칼리성 물질을 포함한 염기성 아미노산 잔기수의 추정치를 얻을 수 있다. 한편 염기 결합능은 C-말단 아미노산 잔기 및 흡착하고 있는 산성물질을 함유한 모발 중의 산성기의 수를 측정할 수 있다. 가수분해나 가수분해되기 쉬운 것 또는 슬폰산기의 도입 등과 같은 산성 또는 염기성기의 수에 영향을 주는 섬유의 처리는 산, 염기 결합능에 영향을 준다. 따라서 파마처리나 탈색모 처리는 산, 염기 결합능을 변화시킨다.
7) 모발 중에서의 중합(중합반응에 의한 산화염료의 생성)
모발의 산화 염색 반응은 모발에서의 중합반응의 한 예이다. 이 반응에서는 방향족 아민과 페놀모노머(원어)가 산화중합하고, 또한 모발중의 아미노산 잔기와 결합한다. 파라페닐렌디아민(PPD)과 레조시놀을 함유한 제품의 경우 안료인 폴리인도페놀형(원어) 폴리머를 생성한다.
6. 모발과 화학과의 관계
시중에 판매되고 있는 크림, 로션, 염모제, 펌제 등은 화학제품이며, 모발도 탄수화물, 단백질, 지방 등과 같은 화학구조로 이루어져 있다. 모발과 화학은 불가분의 관계로서 화학의 물질에 따른 구조와 성질 및 그 변화에 대한 기초적 지식이 필요하다.
화학은 탄소를 포함하여 생체를 대상으로 하는 유기화학인 "생화학"과 무기화학으로 나눌 수 있다. 특히 hair lightening의 경우 H2O2를 사용하여 산화반응을 이용한 것으로서 모발이 염색될 때 모발 내부에서는 많은 단계의 화학반응이 일어난다.
① 물질(material)
물질이란 물체를 이루고 있는 기본적인 바탕을 말하며, 인체의 피부, 모발, 손톱, 발톱 등과 크림, 로션과 같은 화장품도 모두 물질로서 생명체와 연관된 유기물질(organic material)과 광물체에서 얻어지는 무기물질(inorganic material)로 나눈다.
② 원소와 화합물
물질을 구성하는 기본 원소들은 약 100여종으로서 원소(element)란 C, H, O, N, S 등과 같이 화학적인 방법으로는 더 이상 나누어지지 않는 가장 기본이 되는 물질을 말한다.(원소분석기를 이용 화장품 성분들의 구성 원소를 알 수 있다) 원소의 최소 단위를 원자(atom)이라 하며, 원소들의 결합에 의해 형성된 물질을 화합물(compound)라 한다. 화합물의 최소단위를 분자(molecule)라 하며, 이는 물질의 성질을 잃지 않는 최소 단위이다.
종 류 정 의 가장 작은 입자 비 고
원소(element) 물질의 가장
간단한 형태 원자(atom) : 화학반응에 의해 더 이상 쪼개지지 않으며 약 100여종이 있다 C(carbon), N(nitrogen),
O(oxygen), S(sulfur),
H(hydrogen), P(phosorous)
화합물(compound) 원소들의 결합에 의해 형성된 것
분자(molecule) : 2가지 또는 그 이상의 원자가 화합적으로 결합하여 만들어지며 무수히 많다 ·water, hydngen peroxide
(과산화수소)
·암모니아 (ammania)
·에탄올 (ethanol)
③ 원소기호
원소기호는 원소이름의 첫글자만을 대문자로 나타내었으나, 새로운 원소가 계속 발전됨에 따라 첫글자와 함께 그 다음 글자도 붙여서 사용(2개의 문자를 쓸 경우 처음 문자는 대문자, 다음 문자는 소문자로 표기)
④ 원자와 분자
분자는 물질을 계속 쪼개 나갈 때 그 물질의 성질을 잃지 않는 가장 작은 입자로서 이 분자를 더욱 잘게 쪼게면 그 물질의 성질을 잃어버리게 되고 분자보다 더 작은 입자인 원자로서 분자는 원자들이 서로 결합하여 만들어진다. 물질을 잘게 쪼개어 더 이상 쪼개지지 않는 가장 작은 입자로서 한 원소를 특정짓는 가장 작은 입자인 원자는 고배율의 전자 현미경을 사용하면 원자는 핵과 전자로 되어 있으며 전자는 핵 주위를 돌고 있다.
⑤ 이온(Iron)
원자는 전기적으로 중성으로서 조건에 따라 전자를 얻거나 잃어버릴 수도 있다. 어떤 원자가 전자를 잃어버리면 양(+)전하를 띤 양이온(cation)과 반대로 전자를 얻으면 음(-)전하로서 음이온(anion)을 띤다. 양이온과 음이온은 서로 다른 전기를 띠고 있으므로 전기적으로 당기는 힘이 작용하는데 이 힘을 정전기적 인력이라 한다. 또한 몇 개의 원자가 모여 한 원자처럼 행동하는 원자의 집단능 원자단 또는 라디칼(radical)이라고 한다.( OH+, Sl4+2, NH4)
⑥ 화학식
원소기호를 써서 물질을 구성하고 있는 원자의 종류와 수를 나타낸 식으로서 원자의 종류는 원소기호로 나타내며, 같은 원자가 여러 개 있는 경우에는 그 수를 원소기호 오른쪽 아래에 작은 숫자로 표시한다. 화학식을 나타내는 원소기호는 작성순서의 규칙이 있다. 즉 금속원자나 수소원자를 먼저 쓰고 비금속 원자인 C, P, N Cl 등을 나중에 쓴다.
수산화나트륨(NaOH)의 경우 OH는 히드록시기(hydroxy group) 또는 수산기라고 하며 OH는 물질의 중요한 성질을 나타내는 부분으로 작용기(functional group)로서 O와 H는 항상 붙여쓴다.(OH-)
⑦ 구조식
탄소 화합물 중에는 같은 분자식으로 표시되는 물질이라도 성질이 다른 것이 있다. 이러한 물질들을 구별하기 위하여, 분자의 특성을 뚜렷이 나타내는 작용기(functional group)를 써서 표시한 화학식을 사용하고 있다.
예로서 초산의 분자식은 C2H4O2이다. 작용기로 보면 CH3COOH로 표시된다. 그러나 작용기만으로는 분자 내에서 각 원자들이 어떻게 결합하고 있는지 알 수 없다. 그러므로 분자를 구성하는 각 원자들 사이의 결합을 나타내는 구조식(structural formula)을 사용하고 있다.
구 분 에탄올 디메칠에테르 초산 메탄올
작용기 C2H5OH CH3OCH3 CH3COOH CH3OH
분자식 C2H6O C2H6O C2H4O2 CH4O
⑧ 화학반응식
화학변화를 화학식을 써서 나타낸 것을 화학 반응식이라 하며, 화학변화가 일어나기 전의 물질을 반응물질이라 하고, 화학변화가 일어난 후의 물질을 생성물질이라고 한다. 화학반응식에서는 반응물질을 왼쪽에 생성물질을 오른쪽에 적고, 물질이 두 가지 이상이면 더하기 기호로 연결한다.
물을 전기분해 하여 수소와 산소가 발생한다.
H2O ―――(전기분해)――→ H+O
(반응물질) (생성물질)
⑨ 산(Acid)
물 속에서 이온화하여 수소이온(H+)를 내는 물질로서 수소이온 공여체(donor)이다. 라틴어로 acidus에서 유래한 '시다'라는 뜻의 산은 수용액상에서 푸른 리트머스 종이를 붉게 만드는 성질을 가졌으며, 공통적으로 수소(H)가 들어있는 성질을 산성이라 한다. 즉 수용액 상태에서 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(H2NO3)과 같이 수소이온(H+)을 내놓기 쉬운 산을 강산이라 하며, 아세트산(CH3COOH)이나 탄산(H2CO3)과 같이 수소이온을 조금 밖에 내놓지 않는 산을 약산이라 한다.
ex) HCl→H+ +Cl￣
⑩ 염기(Base)
물 속에서 이온화하여 수산이온(OH-)를 내는 물질로서 수소이온 수용체이다. 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH)이 피부에 닿으면 미끈미끈한 느낌과 쓴맛을 나타내며 붉은 리트머스 종이를 푸르게 변화시키는 성질을 갖고 있는 이 물질을 염기(base)라 하며 물에 녹았을 때 수소이온(OH-)을 내놓는다. 수용액 상태에서 쉽게 수소이온을 내놓는 것을 강염기라 하고, OH-를 약하게 조금 내놓는 것을 약염기라 한다. 특히 잿물(불에 탄 나무의 재를 물에 우려낸)에는 염기성의 탄산칼륨(K2CO3)이 녹아 있기 때문에 미끈미끈하며 또 기름기를 분해하는 성질이 있어 비누로서 세탁에 많이 사용한다. 염기가 물에 녹아 수용액 상태로 있을 때 흔히 알칼리(alkali- al: 정관사, kali: 해초를 태운 재)라 하며, 나트륨이나 칼륨과 같은 알칼리 금속의 수산화물을 의미, 산과 염기는 전기를 잘 통하여 염기 중에서 물에 녹는 것을 알칼리라 한다.
ex) NaOH→Na+ +OH￣
⑪ 염(Salt)
산과 염기가 반응할 때 물과 함께 생기는 물질로서 탄소화합물과 화갑돈(원본대조)을 섞으면 서로 그 성질을 없애는 중화반응을 가지며, 섞을 때 열이 발생하므로 이를 중화열이라 한다.
수산화나트륨(NaOH)에 염산(HCl)을 넣어 중화시키면 소금(NaCl)과 물(H2O)이 생긴다. 이와 같이 소금과 같이 중화반응에 의해 물과 함께 생기는 물질을 염이라 하며 이는 물에 녹아 고유한 성질을 나타낸다. 즉 강산과 강염기의 반응에서 얻어진 염의 수용액과 약산과 약염기의 반응에서 얻어진 염의 수용액은 둘 다 중성을 나타낸다. 반대로 강산과 약염기를 혼합하여 얻어진 염의 수용액은 산성을 나타내며 약산과 강염기의 반응에서 얻어진 염의 수용액은 알칼리를 나타낸다. 예로서 비누는 물에 녹아 미끈미끈하여 알칼리성을 나타내는데 이는 약산인 지방산과 강염기인 수산화나트륨의 염으로 이루어졌기 때문이다.
㉡ 염기 : 물 속에서 이온화하여 수산이온(OH-)을 내는 물질, 수소이온 수용체
※ 산과 염기는 전기를 잘 통하여 염기 중에서 물에 녹는 것을 알칼리라 한다.
산성(pH1)←중성(pH7)→염기성(pH14)
⑫ pH
산과 염기의 세기를 나타내는 수단으로 어떤 수용액의 산성이나 알칼리성을 표시하기 위해 취하는 값으로서 이 값을 얻는데 이용되는 표준은 순수한 물(H+와 OH-와 같은 상태로 이온화 됨)이다. 보통 물 1ℓ중에 0.0000001g의 수소이온 농도를 가진 용액으로 존재할 때 중성이라 하며 pH 7 이라고 표시(순수한 물과 같이 수소이온(H+)과 수산이온(OH-)의 농도가 같으면 중성) pH 7 이상일 때 알칼리성, pH 7 이하일 때 산성이라고 하며 pH미터 기기를 이용 정확한 측정을 할 수 있다.
등전점 이상의 pH에서는 pH가 높을수록 모발의 팽윤도 상당히 증가한다. pH가 높으면 높을수록 모발 섬유 속으로 멀캅탄(-SH)의 확산속도도 빨라진다. 탈모제(티오글리콜산 Ca 이주재료)에는 요소아미드와 같은 수소결합을 파괴하는 모발 팽윤제가 함유되어 환원반응이 빠르게 진행된다.
⑬ 파동(Wave)
물질의 일부에서 일어난 어떤 주기적 변동이 주변으로 퍼져 나가는 현상으로서 이때 진행방향에 대해 수직으로 진동하는 파동을 횡파라 하며 파동의 진행과 같은 방향으로 진동하면서 퍼지는 파동을 종파라 한다. 빛이나 음파도 발원지로부터 진동이 일정한 파동의 형태를 띠며 횡파의 방향으로 퍼져 나간다. 종파와 횡파가 함께 존재하는 전기는 전기장과 자기장이 주기적으로 변하면서 퍼져 나가는 것으로 전자기파라고 하며, 태양광선 역시 전자기파로서 태양에 있는 전자들이 방출하는 빛에너지인 햇빛(빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색)은 여러 가지 색깔을 나타내지만 우리들의 눈에 비쳐진 색상은 이들이 모두 합쳐진 백상광이다. 빛은 파장이 짧은 400∼800㎚ (1㎚는 1㎜의 100만분의 1)의 파장으로서 눈에 보이는 범위라는 의미에서 가시광선이라 한다.
⑭ 마이크로파(Microwave)
파장 1㎜∼1m까지의 전자기파로 극초단파라고 한다. 모든 물질은 각자 고유한 진동수에 의해 진동하면서 일정한 방향으로 회전운동을 하고 있다. 적외선의 경우에는 진동운동을 증가시켜 열을 발생하나, 마이크로파는 분자의 회전운동을 증가시켜 열을 발생시키므로 더 높은 온도를 얻을 수 있다.
⑮ 레이저(Laser)
" ight mplification by timulated mission of adiation"의 약자로 '유도 방출에 의한 빛의 증폭'이라는 의미를 가지고, 특정한 파장의 빛을 증폭시키는 장치를 말하며, 여기에서 나오는 빛을 레이저 광선이라 한다. 이 광선의 모든 빛들은 모두 똑같이 행동하기 때문에 무거운 금속을 뚫고 태울 수 있을 만큼 많은 열을 낸다. 또한 빛 에너지를 아주 가느다란 광선으로 내보내기도 하며 미세한 성형수술로서 기미, 주근깨 등을 없애는데 이용한다.
빛은 원자나 분자가 각각 독립된 발신원이 되어 있기 때문에 각각의 전기장 진동면이 일정하지 않고 위상이 가지런하지 않으며, 더욱이 원자나 분자의 에너지 상태의 다름에 따라 파장에도 폭이 있게 된다. 일반적으로 위상이 고르고 파동으로서 중첩되는 파를 간섭성파 coherent波(위상이 가지런하지 않는 파를 -비간섭성파 incoherent波)라고 하는데, 빛은 비간섭성파이기 때문에 같은 한 광원에서도 다른 부분에서 나오는 빛이나, 같은 빛을 둘로 나누었다가 다시 겹친 경우에도 광행로차가 크면 간섭이 일어나지 않는다. 그러나 빛의 파장 영역에서 전파가 같은 간섭성파를 발생시킬 수 있으면 지향성(指向性)이 좋고 많은 신호를 보낼 수 있는 획기적인 통신방식이 탄생할 가능성을 가지고 있다. Laser는 이러한 빛의 발생을 실현한 것으로서 일반 광원과는 본질적으로 틀리는 새로운 빛의 발생원으로서 레이저의 특징은 단색이며 간섭성, 지향성 및 빛의 세기가 큰데 있다. 레이저는 빛의 응용영역을 확대 현대에는 많은 분야에 응용된다.
<산화>
어떤 물질이 산소와 결합하여 다른 물질로 변하는 화학반응으로서 어떤 원소가 산화하여 생긴 새로운 물질을 산화물이라 하며 이 산화에는 열과 빛을 내는 것과 내지 않는 것, 급격한 산화와 느린 산화로 나눌 수 있다. 급격한 산화로서 연소는 물질이 산소와 맹렬히 반응하여 열과 빛을 내며, 연소가 짧은 시간 안에 한꺼번에 일어나는 폭발도 급격한 산화이다. 이와 반대로 아주 천천히 일어나는 산화를 '느린 산화'라 하며, 금속에 녹이 스는 것도 느린 산화로서, 녹의 대부분은 금속이 공기 중의 산소와 결합하여 생긴 산화물이며 금속의 산화물로부터 어떤 방법으로 산소를 제거하게 되면 다시 원래의 금속으로 되돌아간다. 우리 모발의 색상을 밝기 하기 위해 탈색제로 과산화수소 용액을 사용하나 이것 역시 산화에 의한 것으로서 H2O2가 멜라닌 색소를 산화시켜 색상을 파괴하며, 모발 염색 역시 제1제와 제2제를 혼합시키는데 제2제인 산화제에는 H2O2가 함유되어 있다. H2O2가 멜라닌 색소를 파괴시킴과 동시에 제1제에 함유된 산화염료의 분자들을 중합시켜 새로운 불용성 색소를 만들기 때문에 모발의 색상이 다양하게 염색된다. 산소는 호흡기를 통해서 인체로 들어가며 혈액에 의해 세포 쪽으로 이동된다. 체내에서 산소는 포도당을 산화시켜 에너지를 생성시키는데 이때 생성된 에너지를 생체에너지라 부른다.
산소는 사람이 살아가는데 없어서는 안돼는 물질이지만 반응성이 커서 기체를 제외한 대부분의 원소를 산화시킨다. 우리의 피부가 햇빛에 의해 갈색으로 타는 것도 몸 속에 있는 산소에 의해 아미노산이 산화되기 때문에 일어나는 현상이다.
<유기화합물>
유기화합물은 탄소원자가 중심이 되어 여러 가지 원자들이 결합된 탄소화합물로서 알코올이나 설탕과 같이 물에 녹는 것도 있지만, 대부분 물에 녹지 않으므로 유기화합물을 녹일 때는 알코올이나 기름 등이 사용된다. 유기화합물 중에는 단 두 가지의 원소(H와 C로만 된 화합물)로 된 화합물을 '탄화수소(Hydrocarbon)'라고 부른다. 탄화수소 중에서 기름과 지방에 관계된 것들을 '지방족 탄화수소(Aliphatic Hydrocarbon)라 하며 벤젠과 같이 방향성의 냄새를 갖는 물질들을 방향족 탄화수소(Aromatic Hydrocarbon)라고 한다. 지방족 탄화수소는 다시 탄소-탄소 사이의 결합 양식에 따라 포화 탄화수소와 불포화 탄화수소로 각각 구분된다.
ㄱ. 지방족 탄화수소
a. 포화 탄화수소
메탄(methane, CH4), 에탄(ethane, CH3CH3C2H6), 프로판(propane, C3H8CH3CH2CH3), 부탄(butane, C4H10CH3CH2CH2CH3) 등과 같이 분자 중의 탄소와 탄소원자 사이의 결합이 단일 결합으로 이루어진 탄화수소를 포화탄화수소 또는 알칸(alkane), 파라핀(paraffin)계 탄화수소라고 한다. 메탄, 에탄, 프로판은 구조식이 각각 하나로서 한가지 물질이 존재하나 탄소의 수가 4개인 부탄에는 서로 다른 구조식의 물질이 존재한다. 탄소원자가 직선상으로(CH3CH2CH2CH3-n부탄) 늘여서 있는 것을 노르말(normal)이라 하고, 측쇄로 가지가 있는 것을 이소(iso)라 부른다.
이와 같이 분자식은 같으나 구조식이 다르기 때문에 성질이 서로 다른 물질을 이성질체(isomer)라고 하는데, 탄화수소에서 탄소수가 증가할수록 이성질체의 수도 증가된다. 알칸의 분자식(메탄 CH4, 에탄 C2H6, 프로판 C3H8, 부탄 C4H10, 펜탄 C5H12, 헥산 C6H14, 헵탄 C7H16, 옥탄 C8H18, 노난 C9H20, 데칸 C10H22)과 구조식(메탄 CH4, 에탄 CH3CH3, 프로판 CH3CH2CH3, 부탄 CH3CH2CH2CH3, 펜탄 CH3CH2CH2CH2CH3, 헥산 CH3CH2CH2CH2CH2CH3, 헵탄 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3, 옥탄 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3, 노난 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3, 데칸 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3)으로서 알칸에 속하는 화합물의 특징으로는 어미에 "-ane'가 붙는다.
알칸에 치환기가 있을 경우 이를 알킬(alkyl)이라 부르며 알칸의 '-ane'대신 '-yl'을 붙여 명명한다. 일반적으로 알킬은 -R로서 표시( 메탄 CH4 → 메틸 CH3―) 고리형을 가진 알칼의 경우 고리를 의미하는 사이크로(cyclo)를 붙여
'탄소수 3개인 고리형 알칸 ― 사이크로 프로판(cyclopropane),
탄소수 4개인 고리형 알칸 ― 사이크로 부탄(cyclobutane)'
b. 탄화수소 유도체(관능기)
관능기(작용기, functional group)란 공통의 화학적 특성을 지니는 한 무리의 유기화합물에서 그 특성의 원인이 되는 공통된 원자단 또는 결합 양식을 뜻한다.
c. 불포화 탄화수소
탄소 화합물 중 탄소원자와 탄소원자 사이의 결합이 이중결합 또는 삼중결합으로 이루어진 화합물을 불포화 탄화수소(unsaturated hydrocarbon)라 하며, 에틸렌(ethylenen), 프로필렌(propylene) 등과 같이 탄소원자와 탄소원자 사이에 이중 결합이 있을 경우 알켄(alkene)이라 하며, 아세틸렌(acetyene)과 같이 탄소원자와 탄소원자 사이에 삼중결합이 있는 경우 알킨(alkyne)이라 한다. 포화탄화수소보다 화학 반응성이 높다.
d. 방향족 탄화수소
고리모양의 탄화수소 중 벤젠고리를 가진 탄화수소를 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon)라 한다.
벤젠의 구조식은 탄소원자 사이에 이중결합과 단일결합이 하나씩 걸러서 있는 육각형 고리모양으로 구조는 이중결합의 위치가 어느 한 탄소에 고정되어 있지 않는 구조이다.
벤젠의 수소원자 1개 대신 메틸기가 결합되어 있은 것을 톨루엔(toluene)이라 하면 페놀(phenol)은 벤젠의 수소 원자 1개 대신 수산기(-OH)가 결합된 것으로서 조직세포의 단백질 응고 및 부식작용을 나타내며 피부에 접촉되면 수포가 생긴다. 물에 희석한 페놀은 소독작용을 한다.
톨루엔 페놀
벤젠에서 두 작용기가 치환되었을 때 두 작용기의 상대적인 위치에 따라 오르토(ortho), 메타(meta), 파라(para)로 나눌 수 있다. 이들은 각각 O-, M-, P- 약자로 표시한다.
오르토 메타 파라
이와 같이 벤제 유도체의 화합물은 머리카락을 여러 가지 색상으로 염색하는 염모제에 많이 배합된다. 대표적인 것으로 파라-페닐렌디아민(P-phenylenediamine, PPDA, 그림①)은 과산화수소에 의해 산화되어 퀴논디이이민(quinonediimine 그림②)이라는 물질로 되고, 이것이 다시 레조시놀(resorcinol 그림③), M-페닐렌디아민(M-phenylenediamine 그림④), M-아미노페놀(M-aminophenol 그림⑤) 등과 결합하여 다양한 색상을 나타내 준다.
그림 ① ② ③ ④ ⑤
※ 방향족 카르복실산: 벤젠고리의 수소원자를 카르복실기(-COOH)로 치환한 화합물을 방향족 카르복실산이라 하며 대표적인 것으로는 벤조산(benzoic acid, 안식향산), 살리실산(salicylic acid)이 있다.
벤조산(안식향산) 살리실산: 벤제고리에 히드록시기와
: 황색의 결정으로 물에 약간 녹아 있는 카르복실기를 모두 가지고 있으므로,
수용액은 강한 산성을 나타내며 방부제로 이용 페놀과 벤조산의 성질을 동시에 나타냄
※ 아민(amine)은 NH3의 수소원자를 알킬리로 치환한 것을 말하며 이때 치환된 알킬기의 수에 따라 1개이면 1차 아민, 2개이면 2차 아민, 3개이면 3차 아민이라 한다. 이들 아민들은 공통적으로 수용액 상태에서 약한 염기성을 나타낸다. 즉 H+를 포함한다.
R ― NH2+H2O ――→ R ― NH3++OH- 아민이 4개로 치환되면 아민이 양이온을 띠게 되는데 이를 4급 암모늄(quaternary ammonium)이라고 부른다. 화장품에 널리 사용되는 아민은
① 모노에탄올아민(monoethanolamine): 점성의 액체로 비누 제조에 사용, perm, color제의 알칼리제로 쓰이며 잔류성이 높아 세발을 완전히 하지 않을 경우 모발손상과 변색을 유발
② 트레에탄올아민(triethanolamine): 점성의 액체의 크림, 로션, 에센스를 제조할 때 지방산 등을 중화하기 위해 사용, 피부에 대한 자극은 적으나 햇빛에 의해 누렇게 변색
※ 알칼리제
모발의 가장 바깥부분에 존재하는 cuticle이 알칼리 상태일 때 잘 열려진다. 즉 perm이나 coloring제에 함유된 주성분이 효과적으로 모발 속으로 침투해 들어가기 위해서 알칼리가 필요, 알칼리제로서 가장 많이 사용되어 온 것은 암모니아(ammonia)이다. 암모니아는 자체가 기체이므로 잔류성이 없어 모발손상이 적은 편이다. 그러나 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)을 함유한 perm제이나 염모제는 냄새가 암모니아를 사용한 것에 비해 훨씬 적지만 이들 알칼리제는 휘발성이 없으므로 잔류성이 크다. 따라서 퍼머, 염색 등의 시술을 행한 후 잔류하지 않도록 세발을 잘하거나 산성샴푸를 사용하여 이들 알칼리들을 중화시켜 제거하는 것이 좋다.
※ 프레온 기체(CFCl3, CF2Cl2) CFC라고 하며 이는 'Chloro Fluoro Carbon'의 약자
불에 타지도 않고 독성도 없고 안전하게 쓸 수 있는 스프레이 제품 등에 사용되는 휘발성 액체이다. 가벼운 기체이므로 계속해서 대기권의 위쪽으로 이동, 오존층에 도달하게 되면 태양의 강한 광선에 의해 프레온 분자가 분해되는데, 이때 생성된 물질이 오존을 분해시키게 된다. O3층 파괴라는 위험수위에 현재는 가스 사용을 규제하고 있다. 프레온 가스의 대체 물질로 부탄가스나 LPG(액화석유가스)가 사용되고 있으나 인화성이 강한 단점이 있다. 또한 오존을 분해시키지 않는 HCFC CFC의 염소원자 대신 수소원자가 일부 치환된 물질도 개발되고 있으나 아직은 값이 비싼 것이 흠이다.
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