사이언스 쇼 대인기! 코끼리 치약의 최적 배합을 찾아라!
과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.
여러분은 코끼리 치약 실험에 대해 들어보신 적이 있나요? 실험이 시작되면 마치 거대한 치약이 뿜어져 나오듯 몽글몽글한 거품이 쉴 새 없이 쏟아져 나옵니다. 시각적인 임팩트가 워낙 강해서 과학 수업이나 사이언스 쇼에서 단골로 등장하는 인기 만점 실험이죠. 이번에는 학생들과 함께 이 코끼리 치약 실험을 직접 해봤습니다. 어떤 놀라운 반응이 일어나는지, 실제 현장의 모습을 영상으로 확인해 보세요!
사이언스 쇼를 성공시키기 위해 거품은 풍성하게 만들면서도 안전하게 진행할 수 있는 최적의 배합을 고민했습니다. 과산화수소수는 가만히 두어도 항상 산소와 물로 분해되기 때문에 평소에는 냉장고에 보관해야 합니다. 하지만 그냥 두면 반응 속도가 매우 느리다고 하네요. 이때 과산화수소수에 요오드화 칼륨을 넣어주면 산소가 급격히 발생하면서 엄청난 양의 거품이 만들어집니다. 요오드화 칼륨이 촉매 역할을 하여 과산화수소의 분해를 순식간에 촉진하는 원리입니다. 화학 반응식은 다음과 같습니다.
반응식은 아래 내용을 참고해 주세요.
거품의 크기와 기세는 사용하는 과산화수소수의 농도와 양에 따라 달라집니다. 농도가 높을수록 반응이 빨라져서 박진감 넘치는 거품이 발생하죠. 하지만 반응이 너무 격렬하면 통제하기가 어려워지기 때문에 적절한 배합을 찾는 것이 핵심입니다. 안전을 최우선으로 고려하며 실험을 진행했습니다. 또한 이 화학 반응은 열이 발생하는 발열 반응이라, 실험 후에 거품이나 용기를 만져보면 따스한 온기가 느껴집니다. 단순히 시각적인 재미뿐만 아니라 화학적으로는 반응열과 촉매에 대해 배울 수 있는 좋은 기회가 됩니다.
구체적인 실험 방법
총 세 가지 방법을 시도해 보았습니다.
① 과산화수소수 50mL + 요오드화 칼륨 3큰술을 따뜻한 물 50mL에 녹여서 사용
삼각 플라스크(500mL용)에 과산화수소수 50mL를 담고, 중성 세제와 색을 낼 식용 색소를 미리 넣어둡니다. 이를 수조 안에 넣은 뒤, 따뜻한 물에 녹인 요오드화 칼륨(약숟가락 큰 쪽으로 3스푼)을 부어줍니다.
여기에 요오드화 칼륨 수용액을 넣으면 산소가 급격히 발생하고, 주방 세제 덕분에 거품 방울이 몽글몽글 생겨납니다.
50mL 정도면 수조를 가득 채울 만큼의 거품이 나옵니다. 과산화수소수의 양에 따라 전체 거품의 양이 결정됩니다.
참고: 과산화수소수 50mL에 요오드화 칼륨 3큰술을 녹이지 않고 그대로 넣기
요오드화 칼륨을 물에 녹이지 않고 고체 상태 그대로 넣으면, 마치 뱀 불꽃놀이처럼 거품이 솟아오릅니다. 반응 속도가 상대적으로 느려서 천천히 오랫동안 반응을 관찰할 수 있습니다.
또한 세제를 넣지 않고 실험하면 반응이 너무 격렬해서 용액이 사방으로 튈 수 있으니 각별히 주의해야 합니다. 만약 과산화수소수 5mL 정도의 소량을 메스실린더에 담고 요오드화 칼륨을 조금 넣은 뒤, 향불을 가까이 가져가면 발생한 산소 덕분에 향불이 확 타오르는 것을 확인할 수 있습니다.
② 과산화수소수 200mL + 요오드화 칼륨 6큰술을 따뜻한 물 50mL에 녹여서 사용
과산화수소수 200mL에 따뜻한 물 50mL로 녹인 요오드화 칼륨(약숟가락 6스푼)을 섞었습니다. 결과는 이렇습니다.
과산화수소수 200mL 사용
책상 전체가 거품으로 뒤덮였습니다.
상당히 만족스러운 배합이었지만, 요오드화 칼륨을 녹인 물의 양이 조금 많았던 것 같아 아쉬움이 남네요.
과산화수소수 200mL + 요오드화 칼륨 6큰술을 따뜻한 물 30mL에 녹여서 사용
이번에는 물의 양을 줄여보았습니다. 과산화수소수 200mL에 요오드화 칼륨 6큰술을 따뜻한 물 30mL에 녹여서 부었더니 결과가 이랬습니다.
역시나 책상을 꽉 채울 정도로 엄청난 양이 나왔네요!
사용한 세제는 주방용 세제 큐큐토(Kyukyutto) 제품입니다.
참고로 시중에서 파는 소독용 옥시풀은 과산화수소 농도가 낮지만, 실험용 고농도 과산화수소수는 피부에 닿으면 매우 위험합니다. 거품이 예뻐 보여서 만지고 싶겠지만 절대 금물입니다. 피부가 하얗게 변하고 하루 종일 따끔거릴 수 있습니다. 실험 시에는 반드시 장갑과 실험복, 보호 안경을 착용하세요. 뒷정리는 가급적 선생님이 하시는 것이 좋습니다. 사실 제가 정리를 하다가 실수로 조금 만졌는데, 피부가 하얗게 변하더군요. 발생한 거품도 직접 만지면 따가울 수 있으니 주의가 필요합니다. 안전이 제일입니다!
실제로 닿으면 이렇게 피부색이 변합니다. 제 손으로 직접 증명한(?) 생생한 후기입니다. 따끔거림이 꽤 오래가더라고요. 과학부 학생들이 만든 설명 슬라이드를 공유하니 참고해 보세요.
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