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들어가며

물질의 성질에는 물리적 성질과 화학적 성질이 있다. 물리적 성질은 끓는점, 비열 등의 열적 성질이나 밀도, 굳기 등의 기계적 성질과 같이 물리적인 측정으로 관측되는 성질이다. 화학적 성질은 물질의 고유한 성질 중 화학 반응 면에서 본 성질로, 산성, 염기성, 가연성, 환원성 등이 있다. 화학적 변화에는 중화 반응, 기체 발생 반응, 연소 등이 있다. 오늘은 산과 염기의 성질, 지시약, 일상생활에서 산과염기를 이용한 사례를 살펴볼게요.

산과염기물질

1.산과 염기의 성질

산과 염기의 정의는 아레니우스 정의, 브뢴스테드·로리 정의, 루이스 정의 등이 있으며, 이러한 정의는 이전 시대의 정의를 보완하면서 점차 확장되었다. 이 단원에서는 아레니우스 정의에 의한 산성 용액과 염기성 용액을 다룬다. 아레니우스는 물에 녹아 수소 이온(H+)을 내놓는 물질을 산, 물에 녹아 수산화 이온(OH-)을 내놓는 물질을 염기라고 하였다.

아레니우스 정의에 따르면 염산(HCl)은 물에 녹아 수소 이온(H+)을 내놓으므로 산이고, 수산화 나트륨(NaOH)은 물에 녹아 수산화 이온(OH-)을 내놓으므로 염기이다. 산성 용액에 탄산 칼슘을 넣으면 기포가 발생하면서 탄산 칼슘이 녹지만, 식용유를 넣고 섞으면 변화가 없습니다. 염기성 용액에 탄산 칼슘을 넣으면 변화가 없지만, 식용유를 넣고 섞으면 식용유가 뿌옇게 되면서 거품이 생깁니다.

2. 지시약이란?

지시약은 용액의 화학적 성질을 알아내기 위해 사용하는 물질이다. 일반적으로 가장 많이 사용하는 지시약은 용액 중의 수소 이온의 농도에 따라 다른 색깔을 나타내는 산·염기 지시약이다.산·염기 지시약에는 티몰 블루, 메틸 오렌지, 메틸 레드, 브로모티몰 블루, 페놀프탈레인 용액 등이 있다. 이처럼 지시약의 종류가 다양하고, 지시약마다 색깔이 변하는 pH 범위가 다르므로 용액의 액성을 알아내기 위해서는 적절한 지시약을 선택해 사용해야 한다.

천연 재료로 만드는 지시약지시약은 영국의 과학자 보일에 의해 발견되었다. 보일은 강한 산성인 황산 용액을 만들던 중 실수로 제비꽃에 황산을 떨어뜨렸는데, 제비꽃의 색깔이 보라색에서 빨간색으로 변한 것을 발견했다. 이후 다양한 식물의 색소를 이용해 용액의 성질을 구분할 수 있게 되었다.제비꽃이나 붉은 양배추처럼 붉은색을 띠는 꽃잎이나 잎, 열매에는 안토사이아닌 색소가 들어 있는데, 안토사이아닌 색소는 용액의 성질에 따라 다른 색깔을 나타낸다. 안토사이아닌 색소를 이용한 지시약은 일반적으로 산성 용액에서 붉은색 계열, 염기성 용액에서 푸른색이나 노란색 계열의 색깔을 나타낸다.

3. PH 의미, PH 시험지

용액의 액성을 결정하는 수소 이온 농도는 매우 작은 값이기 때문에 사용하기 불편하다. 따라서 pH를 사용해 간단한 숫자로 용액의 산성이나 염기성의 정도를 나타낸다. pH는 수소 이온 농도 지수로 수소 이온 농도의 역수에 상용로그를 취한 값이다. pH는 0~14의 숫자로 나타내며, 순수한 물의 pH인 7을 기준으로 pH가 7보다 작을수록 산성이 강해지고, 7보다 클수록 염기성이 강해진다.

PH시험지는 지시약을 거름종이에 적셔 말린 것으로, pH 시험지를 용액에 담그면 용액이 종이에 묻어 있는 지시약과 반응한다. 이때 용액의 수소 이온 농도에 따라 지시약의 색깔이 달라지기 때문에 이 색깔 변화를 관찰해 표준 변색 표와 비교하면 용액의 pH를 알 수 있다.

예를 들어 pH 시험지를 적당한 길이로 잘라 용액 속에 살짝 넣었다 꺼냈을 때 pH 시험지의 색깔이 주황색으로 변했다면 이 용액은 pH 4 정도의 산성 용액임을 알 수 있다. 이때 pH의 오차 범위는 0.2~0.5 정도로 정확성이 떨어지지만, pH를 간단하고 빠르게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

PH 표(생물나라)

4. 리트머스 종이

리트머스 종이는 리트머스이끼를 갈아 추출한 색소 혼합물을 여과지에 적신 후 말려 만든다. 리트머스 종이는 붉은색과 푸른색의 두 가지가 있는데, 종이의 색깔 변화로 산성과 염기성을 판단할 수 있다. 푸른색 리트머스 종이가 붉은색으로 변하면 용액이 산성이라는 것을 알려 주고, 붉은색 리트머스 종 이가 푸른색으로 변하면 용액이 염기성이라는 것을 알려 준다.

5. 페놀프탈레인 용액

페놀프탈레인 용액은 페놀프탈레인을 에탄올에 녹여 만든 용액으로, 페놀프탈레인이 1 % 정도 들어 있다. 일반적으로 페놀프탈레인 용액은 산성과 중성에서는 무색이지만, 염기성에서는 붉은색을 나타내므로 산과 염기를 구별하는 지시약으로 이용된다.

6. 토양의 성질에 따라 색깔이 변하는 수국, 산성비 내리는 원인

수국꽃은 처음 필 때는 흰색이나 토양의 성질에 따라 꽃 색깔이 달라진다. 꽃이 피기 시작할 때는 엽록소가 남아 있어 흰색을 띠나 이후에는 땅에서 흡수하는 성분에 의해 안토사이아닌 색소의 색깔이 변해 꽃 색깔이 달라진다. 안토사이아닌 색소는 알루미늄 이온이 많으면 푸른색을 띤다. 알루미늄은 산성 용액에 잘 녹으므로 산성을 띤 흙에는 알루미늄 이온이 많아 푸른색 꽃을 피우고, 알루미늄 이온이 적은 염기성을 띤 흙에서는 붉은색 꽃을 피운다.

산성비란? 깨끗한 비도 대기 중의 이산화 탄소가 녹아 pH 5.6~6.4 정도의 약한 산성을 띤다. 그런데 자동차와 공장에서 배출되는 산성 물질이 공기 중에 떠 있다가 비에 섞이면 pH가 낮아져 산성비가 내린다. 산성비는 pH가 5.6 미만인 비를 말한다.

산성비는 토양을 산성화하고, 강과 바다로 유입되어 수질 오염을 일으키며, 수중 생물에게 피해를 준다. 또 대리암 건축물을 부식시키기도 한다. 대리암의 성분은 탄산 칼슘으로 산성 용액에 녹는데 환경 오염으로 빗물의 산성이 강해지면 대리암으로 만든 문화재가 더 빠르게 훼손되므로 유리 보호 장치를 합니다.

마무리

물질의 변화는 크게 물리적 변화와 화학적 변화로 나눌 수 있다. 물리적 변화는 물질의 모양이나 상태는 바뀌지만 분자는 달라지지 않으므로 물질 본래의 성질은 바뀌지 않는 현상을 말한다. 물리적 변화에는 용해, 상태 변화 등이 있다.화학적 변화는 원자가 재배열되어 새로운 분자가 생기므로 물질의 고유한 성질이 바뀌는 현상을 말한다.