쁘띠보틀로 중화 실험을!? 마이크로스케일 실험으로 풀어보는 염산과 수산화나트륨의 중화 반응

사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.

“실험에서 약품을 많이 사용하면 환경에 좋지 않을 것 같은데…” 이렇게 생각해 본 적이 있으신가요? 사실 과학에는 이런 고민을 해결해 주는 ‘마이크로스케일 실험’이라는 방법이 있습니다. 이번에는 이 방법을 이용해 염산과 수산화나트륨의 중화 실험에 도전해 보았습니다.

마이크로스케일 실험이란?

마이크로스케일 실험이란 이름 그대로 아주 적은 양의 시약으로 진행하는 실험을 말합니다. 사용하는 약품이 적으면 자연스럽게 폐액도 적게 발생하므로 환경을 생각하는 친환경 실험이 되는 것이죠. 이번 실험에서는 농도 1mol/L의 염산과 수산화나트륨을 사용하고, ‘푸치 보틀(プチボトル)’이라는 작은 용기를 이용해 중화 실험을 진행했습니다.

시험관에 푸치 보틀로 시약을 한 방울씩 떨어뜨리면서 BTB 용액의 색 변화를 관찰합니다. 중화 반응은 산성과 염기성이 정확히 서로를 상쇄하는 순간을 찾는 실험이기 때문에, 색이 변하는 순간을 놓치지 않도록 집중해서 관찰해야 합니다.

한 방울의 무게를 느낄 수 있는 푸치 보틀 실험

일반적인 실험에서는 피펫으로 1mL씩 시약을 넣는 경우가 많지만,

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푸치 보틀을 사용하면 한 방울씩 더욱 세밀하게 양을 조절할 수 있다는 점이 가장 큰 장점입니다. 마치 요리할 때 양념을 조금씩 넣어가며 맛을 맞추는 느낌과 비슷하다고 할 수 있습니다.

물론 푸치 보틀도 익숙해지기까지는 약간의 요령이 필요합니다. 시험관 가장자리에 액체가 묻지 않도록 목표를 정확히 맞춰 한 방울씩 조심스럽게 떨어뜨려야 합니다. 이런 과정은 단순한 기술이 아니라 과학 실험에서 중요한 ‘재현성’과 ‘정확성’을 자연스럽게 익히는 좋은 연습이 됩니다.

증발시키면 무엇이 남을까?

중화 반응의 재미는 색 변화에서 끝나지 않습니다. 중화 전의 염산과, 중화가 끝난 용액을 각각 증발접시에 담아 물을 증발시켜 보았습니다. 과연 무엇이 남게 될까요?

사진으로는 조금 알아보기 어렵지만, 왼쪽은 염산에 BTB를 넣은 것이고, 오른쪽은 염산에 BTB를 넣은 뒤 중화시켜 약산성으로 맞춘 용액입니다. 그러자 오른쪽에서는 하얀 가루처럼 보이는 물질이 관찰되었습니다.

그 정체는 우리 식탁에서도 만날 수 있는 물질

이 하얀 가루의 정체는 염산(HCl)과 수산화나트륨(NaOH)이 중화 반응을 일으켜 만들어진 ‘염화나트륨’, 즉 소금입니다. 중학교에서 배우는 중화 반응식으로 나타내면 다음과 같습니다.

염산 ＋ 수산화나트륨 → 염화나트륨 ＋ 물

산과 염기가 만나면 물과 ‘염(鹽)’이라고 불리는 물질이 만들어집니다. 이번 실험에서는 그 염이 우리에게 가장 익숙한 식염이었던 것이죠. 눈에 보이지 않던 수용액 속 화학 반응이 증발이라는 과정을 통해 ‘하얀 결정’이라는 눈에 보이는 증거로 나타나는 순간은, 몇 번을 봐도 신기하고 흥미롭습니다.

소규모 실험이라 더욱 깊이 배울 수 있다

마이크로스케일 실험의 또 다른 장점은 사용하는 시약이 적기 때문에 2명당 1세트 정도로 준비할 수 있다는 점입니다. 많은 학생이 하나의 실험 장치를 함께 사용하는 것보다, 각자가 직접 손으로 실험하고 충분히 관찰할 수 있는 시간이 늘어나기 때문에 이해도도 훨씬 높아집니다.

작은 푸치 보틀에서 탄생한 작은 하얀 가루. 그 안에는 산과 염기의 화학 반응이라는 거대한 과학의 이야기가 담겨 있었습니다.

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