산과 염기의 성질을 한눈에！약품도 적게 드는 간편한 초미니 마이크로플레이트 실험
사이언스트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
염산을 한 방울 떨어뜨리면 마그네슘이 헤엄치기 시작한다! 산과 염기의 성질을 한 번에 이해할 수 있는 재미있는 실험!
이번에는 중학교 3학년 수업에서 진행한 「산과 염기의 성질을 알아보는 관찰 실험」을 소개합니다. 준비물은 아주 간단합니다. 작은 플라스틱 병에 담긴 시약을 한 방울씩 떨어뜨리기만 하면 됩니다. BTB 용액, 페놀프탈레인, 리트머스 시험지, 그리고 반응이 재미있는 마그네슘 리본까지 활용해 학생들의 “왜 그럴까?”라는 질문이 끊이지 않았던 수업이었습니다.
시약은 적게, 정리는 간편하게! 과학실 조교가 만든 실험 시트가 정말 뛰어납니다
각 조에는 라미네이팅한 실험 시트를 나누어 주고, 작은 병으로 시약을 한 방울씩 떨어뜨리며 실험을 진행합니다. 누구나 쉽게 할 수 있고 폐액도 거의 나오지 않으며 정리도 매우 간단합니다. 안전성, 편리함, 경제성까지 모두 갖춘 추천 실험입니다. 마이크로플레이트 실험을 한층 더 소형화한, 말 그대로 초(超) 마이크로플레이트 실험이라고 할 수 있습니다.
실험 시트는 아래와 같습니다. (다운로드하여 사용해 주세요.)
산과 염기 실험 시트(라미네이팅용)(PDF) Word 다운로드
종이에 인쇄한 뒤 라미네이팅하면 준비가 끝납니다. 원래는 예전에 과학실 조교 A 선생님께서 직접 만들어 주신 것을 보고 아이디어를 얻었고, 여러 차례 개선하여 지금의 형태로 사용하고 있습니다.
먼저 지시약 등을 다음과 같이 준비합니다.
마그네슘 리본이 액체 속을 헤엄치는 이유는?
이제 염산이나 황산 등을 세로 방향으로 한 방울씩 떨어뜨립니다. 학생들은 색이 변하는 모습과 다양한 반응에 큰 환호를 보였습니다. 특히 마그네슘 리본이 액체 속에서 살아 있는 것처럼 헤엄치는 모습을 보고 모두가 놀랐습니다.
사실 이 움직임은 화학 반응이 직접 만들어낸 현상입니다. 마그네슘이 염산과 반응하면 수소 기체가 발생합니다. 이때 마그네슘 표면에 아주 작은 기포들이 빽빽하게 붙게 되고, 기포가 부력을 만들어 리본을 띄웠다가 기포가 터지면 다시 가라앉는 일이 반복됩니다. 그래서 마치 살아 있는 생물처럼 헤엄치는 것처럼 보이는 것입니다.
눈에 보이는 움직임 뒤에는 눈에 보이지 않는 기체의 생성이 숨어 있습니다.
이 점이야말로 화학 실험의 매력을 가장 잘 보여주는 순간입니다.
여기까지는 식염수까지 실험한 중간 결과입니다. 그런데 여기서 중요한 포인트가 하나 있습니다. 암모니아수는 반드시 마지막에 떨어뜨려 주세요. 그러면 아주 흥미로운 일이 벌어집니다.
닿지도 않았는데 색이 변했다고? ‘옆자리 화학 반응’의 비밀
이것이 모든 실험을 마친 모습입니다.
이번 실험에서 가장 흥미로웠던 현상은 암모니아수를 사용했을 때였습니다. 마지막에 암모니아수를 떨어뜨리자, 놀랍게도 바로 옆에 있던 식염수의 색까지 변하기 시작했습니다. 학생들도 모두 깜짝 놀랐습니다!
그 이유는 암모니아가 쉽게 기체로 변해 옆의 식염수까지 영향을 주었기 때문입니다. 처음에는 중성이었던 식염수가 암모니아의 영향을 받아 알칼리성을 띠게 된 것입니다. 말 그대로 ‘이웃한 화학 반응’이 일어난 순간이었습니다.
이 현상의 핵심은 암모니아는 상온에서도 매우 쉽게 기체가 되는 물질이라는 점입니다. 암모니아수에서 빠져나온 암모니아 분자가 공기 중을 이동하여 바로 옆 식염수에 조금씩 녹아들면서 pH가 변한 것입니다. 액체끼리 직접 닿지 않아도 기체를 통해 다른 곳에 영향을 줄 수 있다는 사실을 보여 주는 멋진 사례입니다.
이는 향수가 방 안 전체에 퍼지는 현상이나 환기가 잘되지 않는 공간에서 자극적인 냄새가 금세 퍼지는 현상과도 같은 원리입니다. 작은 실험 시트 위에서도 ‘기체의 확산’이라는 물리 현상이 실제로 일어나고 있었던 것입니다.
이처럼 예상하지 못한 결과가 나오는 것이 과학 실험의 가장 큰 매력입니다. 교실에는 “왜 그럴까?”, “어떻게 이런 일이 생기지?”라는 질문이 끊이지 않았습니다. 여러분도 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 산과 염기 실험을 해 보세요. 뜻밖의 발견을 하게 될지도 모릅니다!
시약 만드는 방법
・염산 3% → 10% 염산을 미리 만들어 두고 필요한 만큼 희석하면 편리합니다. 희석 방법은 아래를 참고해 주세요.
・수산화나트륨 2% → 수산화나트륨 2g에 물을 넣어 총 100g으로 만듭니다.
・암모니아수 1% → 시판 암모니아수(25%) 3mL에 물을 넣어 총 100mL로 만듭니다.
・식염수 5% → 소금 5g에 물을 넣어 총 100g으로 만듭니다. 포화식염수를 사용해도 괜찮습니다.
・황산 2.5% → 진한 황산(약 95%, 밀도 1.85g/cm3) 1.5mL를 물 100mL에조금씩 넣어 섞습니다. 절대로 진한 황산에 물을 붓지 마십시오.
완성한 시약은 모두 작은 플라스틱 병(나리카)에 담아 두면 매우 편리합니다. 또한 색 변화만 관찰하는 실험이므로 라미네이팅한 실험 시트에 직접 떨어뜨리면 정리도 아주 쉽습니다. 물로 씻어 가볍게 닦아주기만 하면 다시 새것처럼 사용할 수 있습니다.
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