톡톡 터지는 반응의 비밀! 구연산 × 베이킹소다로 배우는 화학 변화 (흡열 반응)
과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.
라무네 사탕을 입에 넣는 순간 느껴지는 그 톡 쏘는 짜릿함! 혹은 욕조에 넣은 입욕제가 기운차게 거품을 내며 녹아드는 모습. 이 모든 것들은 사실 우리 아주 가까운 곳에서 벌어지는 화학 반응의 드라마입니다.
과학 실험이라고 하면 특별한 약품이나 복잡한 장치가 필요하다고 생각하기 쉽죠. 하지만 사실 주방에 있는 단 두 가지의 하얀 가루만 있으면, 누구나 쉽게 이 신기한 현상을 재현하고 그 정체를 밝혀낼 수 있답니다. 이번에는 온도의 변화까지 온몸으로 체감할 수 있는 놀라운 실험을 소개해 드릴게요!
구연산과 베이킹소다로 만드는 흡열·발포 반응 실험 추천
얼마 전, 과학부 학생들이 선생님, 진짜 대박이에요!라며 달려왔습니다. 비커 속 두 가루를 섞고 물을 한 방울 떨어뜨린 순간, 마치 살아있는 생명체처럼 하얀 거품이 끊임없이 넘쳐흐르는 광경을 보여주더군요.
이 실험의 가장 큰 매력은 뭐니 뭐니 해도 간편함과 안전함입니다. 재료는 청소나 요리할 때 자주 쓰이는 구연산과 베이킹소다(중조)뿐이거든요. 우리 주변의 평범한 물질이 모습을 바꾸고 에너지를 움직이는 순간, 어른 아이 할 것 없이 푹 빠지게 된답니다. 자, 그럼 이 마법 같은 실험의 비밀을 함께 파헤쳐 볼까요?
준비물과 실험 순서
준비물
- 구연산 (가루 형태: 약국이나 다이소 등에서 쉽게 구할 수 있어요)
- 베이킹소다 (탄산수소나트륨: NaHCO₃)
- 스포이트 (혹은 숟가락)
- 물
- 작은 비커나 종이컵
실험 순서
- 베이킹소다와 구연산을 1:1 비율로 손바닥이나 용기 위에 올립니다. 겉보기에는 둘 다 하얀 가루지만, 만져보면 베이킹소다는 보들보들하고 구연산은 약간 알갱이가 느껴지는 걸 알 수 있어요. 이쪽은 베이킹소다입니다. 입자가 아주 고와요.
이쪽은 구연산을 넣은 모습입니다. 결정이 각져 있네요. 
- 그 위에 스포이트로 물을 몇 방울 톡톡 떨어뜨려 보세요.
- 격렬하게 거품이 일어나는 모습을 관찰하면서, 동시에 온도의 변화도 느껴보세요!
보글보글 거품이 나는 것과 동시에, 닿아 있는 부분이 시원하다 못해 차갑게 느껴지실 거예요.
실험 원리를 화학으로 풀어보기!
왜 그냥 가루에 물만 부었을 뿐인데 거품이 나고 온도까지 내려가는 걸까요? 아주 잠시만 미세한 분자의 세계를 엿보도록 하죠. 먼저 구연산(C₆H₈O₇)은 산성 물질입니다. 분자 내에 3개의 카복실기(-COOH)를 가진 3가 산이죠.
반면 베이킹소다(NaHCO₃)는 알칼리성을 띱니다.
베이킹소다가 물에 녹으면 먼저 나트륨 이온과 탄산수소 이온으로 나뉩니다. 이것을 전리라고 부릅니다.
이 탄산수소 이온은 물 분자로부터 수소 이온을 뺏어오려는 성질이 있습니다. 그 결과 물속에 수산화 이온(OH⁻)이 생겨나면서 액성이 알칼리성이 되는 것입니다.
구연산(산)과 베이킹소다(알칼리)가 만나면 중화 반응이 일어납니다. 이때 발생하는 거품의 정체는 우리가 숨을 내뱉을 때 나오는 이산화탄소(CO₂)와 같습니다. 이 일련의 과정을 하나의 식으로 정리하면 다음과 같습니다.
- 구연산나트륨 : 구연산과 베이킹소다가 중화되어 만들어진 염입니다.
- 물: 반응 과정에서 물이 생성됩니다.
- 이산화탄소: 바로 이것이 그 보글보글한 거품의 주인공입니다.
비커 안에서 일어나는 이 현상은 탄산음료가 만들어지는 과정과 거의 똑같습니다. 우리가 일상에서 먹는 음식이나 제품에도 이런 화학의 힘이 숨어있다는 게 정말 놀랍지 않나요?
왜 차갑게 느껴질까? 흡열 반응의 신비
이 실험에서 가장 놀라운 포인트는 거품이 날 때 주변의 열을 뺏어가는 성질입니다.
일반적으로 화학 반응에는 열을 내보내는 발열 반응과 열을 흡수하는 흡열 반응이 있습니다. 구연산과 베이킹소다가 반응해 이산화탄소가 만들어질 때, 주변에서 에너지(열)를 흡수하기 때문에 손바닥이나 용기의 온도가 뚝 떨어지게 됩니다.
마치 얼음이 녹으면서 주변 열을 뺏어 시원하게 만드는 것처럼, 분자들이 결합을 바꿀 때도 열의 이동이 일어나는 것이죠. 중학교 과학 시간에 배우는 에너지라는 개념을 피부로 직접 느낄 수 있는 아주 귀중한 순간입니다.
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