액체가 됐다가 굳었다가! 색깔까지 변하는 “신비한 슬라임” 실험
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
지바대학교 교육학부 부속중학교 과학 동아리에서는 ‘교류 동아리 활동’이라는 특별한 프로그램을 운영하고 있습니다. 다른 학교의 과학 동아리를 직접 방문해 서로의 실험을 소개하고 배우는, 말하자면 과학 동아리만의 친선 경기 같은 활동입니다. 이번에는 교리츠여자중학교를 방문해 정말 많은 영감을 받았습니다. 그중에서도 특히 인상 깊었던 ‘신기한 슬라임’ 실험을 여러분께도 소개해 드리겠습니다.
먼저 기본 슬라임 만들기
먼저 비커에 세탁풀 10mL를 넣습니다.
여기에 물 10mL를 넣은 뒤, 일반적인 슬라임과 다른 핵심 포인트가 있습니다. 바로 BTB 용액을 6방울 떨어뜨립니다. 용액은 노란색으로 변하는데, 이는 산성이라는 뜻입니다.
이제 붕사 용액을 넣고 잘 섞으면 놀랍게도 BTB 용액이 파란색으로 변합니다.
즉, 붕사 용액은 알칼리성이라는 것을 알 수 있습니다.
구연산을 넣으면 색도, 상태도 바뀐다!
여기에 구연산을 넣으면 용액은 점점 산성으로 변하면서 색이 노란색으로 바뀝니다. 동시에 단단했던 슬라임이 풀어져 묽은 액체 상태가 됩니다. 구연산이 산성이므로 노란색으로 변하는 것은 이해가 되지만, 왜 슬라임이 다시 액체처럼 변하는 걸까요?
이번에는 탄산나트륨으로 다시 원래대로
이번에는 여기에 탄산나트륨을 넣고 섞어 보면,
용액은 다시 알칼리성으로 변하면서 색도 파란색으로 돌아오고, 특유의 쫀득쫀득한 슬라임의 질감도 되살아납니다.
색만 변하는 것이 아니라 굳었다가 다시 액체로 돌아가는 모습까지 볼 수 있어, 지켜보기만 해도 신기하고 재미있는 실험입니다.
왜 액체와 젤 상태를 오갈까?
이제부터가 진짜 핵심입니다. 슬라임이 말랑말랑한 젤이 되었다가 다시 액체가 되는 이유는 무엇일까요?
세탁풀의 주성분은 PVA(폴리비닐알코올)라는 아주 긴 사슬 모양의 고분자입니다. PVA 분자는 물속에서 각각 자유롭게 움직이고 있으며, 이 상태가 바로 ‘액체’입니다.
여기에 붕사(붕산나트륨)에서 만들어지는 붕산 이온이 더해지면 상황이 달라집니다. 붕산 이온은 PVA 사슬과 사슬 사이를 연결하는 다리 역할을 하며, 마치 뜨개질 실을 매듭으로 이어 붙이는 것처럼 분자들을 여러 곳에서 서로 연결합니다. 이렇게 그물망 구조가 만들어지면 분자들이 자유롭게 움직일 수 없게 되고, 전체가 탄력을 가진 ‘젤’, 즉 슬라임이 되는 것입니다.
흥미로운 점은 여기서부터입니다. 붕산 이온이 만드는 이러한 연결 구조는 주변 용액의 pH에 따라 강도가 달라진다는 특징을 가지고 있습니다.
산성 환경에서는 연결 역할을 하는 붕산 이온이 수소 이온과 결합하여 연결 능력이 약한 ‘붕산’ 형태로 바뀝니다. 그러면 PVA 사슬을 이어 주던 다리들이 하나둘 끊어지고, 그물망 구조가 무너지면서 슬라임은 다시 흐르는 액체 상태가 됩니다.
반대로 알칼리성 환경에서는 수소 이온이 떨어져 나가면서 연결 능력이 강한 ‘붕산 이온’으로 다시 돌아갑니다. 그러면 느슨해졌던 연결이 다시 형성되고, PVA 사슬들이 단단히 이어져 말랑말랑한 젤 상태가 되살아나는 것입니다.
즉, 구연산을 넣으면 산성으로 변해 연결이 끊어지고 액체가 됩니다. 탄산나트륨을 넣으면 알칼리성으로 변해 연결이 다시 만들어지고 젤로 돌아옵니다. 용액의 성질이 바뀔 때마다 눈에 보이지 않는 분자의 세계에서는 연결과 분리가 반복되고 있었던 것입니다.
그리고 이러한 용액의 변화를 알려 준 것이 바로 색이 변하는 BTB 용액입니다. 산성에서는 노란색, 알칼리성에서는 파란색으로 변하는 BTB 덕분에 우리는 지금 분자 사이의 연결이 어떤 상태인지 색으로 직접 확인할 수 있었습니다. 슬라임의 단단함이 변하는 것과 색이 변하는 것은 우연히 동시에 일어난 일이 아니라, 둘 다 같은 ‘용액의 성질 변화’에서 비롯된 하나의 현상이었던 것입니다.
우리 주변의 물속에 있는 아주 작은 이온들이 눈에 보이지 않는 곳에서 다리를 만들고 끊어 가며 이런 변화를 만들어 낸다고 생각하면, 손바닥 위의 평범한 슬라임도 갑자기 신비로운 분자의 세계처럼 느껴지지 않나요?
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