▶학습주제

-산과 염기의 성질 알아보기, 용액의 성질 이해하기

-중화반응의 사례 찾아보기

▶실험 주의사항

-수산화나트륨은 과학사에서 구입할 수 있습니다. 수산화나트륨 용액은 단백질을 녹이는 성질이 있으니 피부에 묻지 않도록 주의하세요.

-에탄올은 약국에서 구입할 수 있습니다. 에탄올을 사용할 때는 화기에 주의하세요.

-실험이 끝난 뒤 용액은 반드시 폐수용기에 담아 처리해 주세요.


지시약이란 화학반응이 일어날 때 특정한 상태를 판별하는데 사용하는 시약을 말한다. 물질의 산성도를 알려주는 산염기지시약부터 물질의 산화형과 환원형의 색깔이 다른 점을 이용하는 산화환원지시약, 침전에 흡착될 때 색깔이 변하는 흡착지시약까지 그 종류가 다양하다. 지시약의 특정 성질을 이용하면 신기한 현상을 관찰할 수 있는데, 이를 테면 잉크가 순식간에 사라지는 마술 같은 상황도 만들 수 있다.

에탄올+티몰프탈레인+수산화나트륨 혼합 용액을 흰 천에 분사하자 잉크가 순식간에 사라진다. 분명 분무기 통 안에는 푸른색 액체가 가득한데, 분사하기만 하면 눈에 보이지 않는다. 이 실험에는 티몰프탈레인(C28H30O4)이라는 지시약이 사용됐다.

티몰프탈레인은 산성도(pH) 9.3에서 무색이지만 pH 10.5가 되면 파란색으로 변하는 성질이 있어 염기성 물질을 검출하는데 자주 이용된다. 티몰프탈레인 용액을 수산화나트륨 용액과 섞으면 순식간에 푸른색으로 변하는데, 수산화나트륨(NaOH)이 대표적인 강염기 물질이기 때문이다.

염기성인 수산화나트륨 용액이 산성을 띠는 이산화탄소를 만나면 중화반응이 일어나며 물과 탄산나트륨(Na2CO3)이 만들어진다. 탄산나트륨은 수산화나트륨보다 염기성이 약해 pH가 9.3 이하로 떨어지고, 티몰프탈레인 용액은 무색으로 변하게 된다. 즉, 이산화탄소와 반응하면서 용액의 푸른색이 순식간에 사라진 것이다.

산과 염기를 구분하는 지시약이 다양함에도 이 실험에서 티몰프탈레인을 택한 이유는 pH의 범위 때문이다. 티몰프탈레인 용액은 pH가 10.5에서 9.3으로 떨어지면 바로 반응이 일어나는데, 이렇듯 pH의 범위가 매우 좁기 때문에 단시간에 드라마틱한 반응을 관찰할 수 있다.(pH 9.3~10.5의 범위는 실험의 반응물과 생성물 사이에 있다)

산과 염기가 만났을 때 산성과 염기성 정도가 줄어들면서 물과 염을 만드는 반응을 중화반응이라고 한다. 중화반응은 일상생활에서 유용하게 이용되기도 한다. 생선을 요리할 때 비린내를 제거하기 위해 흔히 레몬즙을 사용하는데, 이 역시 산성(레몬즙)과 염기성(비린내)이 만나 중화되면서 냄새가 사라지는 것이다. 유기현 과학칼럼니스트


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