탄성체를 잡아당기면 열이 발생하고, 놓으면 다시 돌아가려는 현상이 있는데 이런 현상을 열역학 법칙을 이용해 설명해보세요.

탄성 플라스틱 소재는 충격/힘을 가해 구부리고 늘릴 수 있다. 충격/힘 효과가 줄어들면 소위 "반발탄성(rebound resilience)" 때문에 플라스틱 소재가 원래의 형태로 돌아간다. elastomer에서 분자는 강한 공유결합으로 연결되어 있어 소성변형을 방지한다. 응력이 가해질 때 분자는 매우 꼬여진 위치에서 꼬인 것이 풀린 채로 있어 매우 큰 탄성 strain을 나타낸다. 그러나 응력이 제거될 때 분자는 다시 꼬이게 된다. 개개의 분자는 같은 위치로 돌아가지는 않지만 분자의 평균길이는 탄성strain이 가해지기 전과 같으며, 재료는 원래의 길이로 되돌아간다. 이소프렌과 같은 polymer에서 이 같은 탄성 strain이 반복되어 가해지면 결과적으로 결합이 끊어져 탄성도가 작아지게 된다.

해설 및 핵심용어정리

[Elastomer(탄성 중합체)]

외력을 가해서 잡아당기면 몇 배나 늘어나고, 외력을 제거하면 원래의 길이로 돌아가는 성질을 가지는 고분자 화합물이다. 대표적인 예로는 탄성고무라고 하는 가황고무가 있다. 이외에도 화학적 결합이 없는 탄성중합체인 탄성섬유(스판덱스)가 있다.

엘라스토머라고도 한다. 피셔가 탄성이 현저한 고분자에 붙인 이름이다. 이와 반대로 현저한 소성을 나타내는 고분자물질을 소성중합체(plastomer)라고도 한다. 탄성중합체의 대표적인 것에 탄성고무라고 하는 가황고무가 있다. 이 경우 힘을 가하면 늘어나는 것은, 긴 선상 고분자 사이가 미끄러져서 전체적으로 길어지기 때문이다. 그러나 거기에는 다리(가황고무에서는 예를 들면 -S-S-라는 황이다)가 걸쳐져 있기 때문에, 가하던 힘을 멈추면 변형되었던 다리의 관계가 분자운동에 의해서 원래의 안정된 상태로 돌아오게 된다.

쇠막대기를 큰 힘으로 잡아 늘이는 것은 원자 사이의 거리가 억지로 늘어나는 것이므로, 이것과 사정이 전혀 다르다. 1964년경에 화학적 결합이 없는 탄성중합체가 탄생하였다. 하나는 탄성섬유(일반명 스판덱스)인데, 이것은 고무와 같은 고분자를 우레탄 결합으로 더욱 중합체로 만든 것이다. 이 경우에는 우레탄기가 상호 간에 강하게 잡아당겨서 탄성고무에서의 황의 다리와 같은 작용을 하는 것이다. 두 번째는 그 후에 나타난 열가소체(thermoelastomer)로서, 다리걸침이 없는 탄성고무이다. 예를 들면, 뷰타다이엔과 스타이렌을 블록적으로 혼성 중합시킨 것 등이다. 폴리스타이렌은 단단한 블록 부분이 되어 서로 강하게 끌어당겨서 다리의 구실을 하고 있다.