마술 칵테일/신호등용액
◯무엇이 필요할까요?
수산화나트륨용액, 포도당용액, 인디고카민 지시약, 메틸렌블루, 스포이드, 타블렛병
◯수업목표
- 산화와 환원에 대하여 알아보고 주변에서 찾아보기
- 지시약 알아보기
→ 우리가 실험한것중에 무색중 초록색병은 포도당 용액이고 빨강색은 수산화나트륨이었죠..
→ 짙은파랑색의 지시약중 표시없던거 인디고카민 지시약, 파란색 표시는 메틸렌 블루였죠..
→ 스포이드가 있었는데 스포이드는 약병에 용량 표시가 잘되어있어 사용 안했고 우리가
용액을 섞었던 병이 타블렛병이랍니다.
1.산화와 환원
간단한 의미로의 산화반응이란 물질이 산소와 결합하는 것을 말하며, 넓은 의미로는 물질이 전자를 잃는 반응을 말합니다. 산화반응이 일어날 때에는 항상 환원반응이 함께 일어납니다. (선생님이 했던말 기억나죠?)
(환원과정에서 얻은 전자는 산화과정에서 잃은 전자와 같아야 합니다.
금속이 산과 같은 전해질 용액에 녹으면 물질 사이에 전자를 주고 받는 반응이 일어납니다.
이때 어떤 원자나 이온이 전자를 잃고 산화하면 이 전자를 얻어 환원되는 다른 원자나 이온이 있기 때문에 산화와 환원은 항상 동시에 일어납니다. )- 이부분은 여러분이 이해안되는 부분이라 나중에 이해될때 다시 보세요..
2. 산화와 환원반응의 예
- 오래된 음식이 부패되는 현상
- 철이 부식되어 붉게 변하는 현상
- 깎아 놓은 사과나 감자가 갈변으로 변하는 현상
- 빨래를 할 때 표백제를 넣어 하얗게 만드는 현상
3. 지시약
화학반응에 있어서 일정한 상태를 판별하는 데 사용되는 시약.
가장 흔하게 쓰이는 지시약은 산염기지시약으로, 산염기지시약은 pH(용액의 산성도를 가늠하는 척도로)에 따라 그 색깔이 달라집니다.
❍ 전개
산화와 환원의 과정을 지시약을 이용하여 실험합시다.
실험활동
▶ 인디고카민 지시약 실험
① 포도당 용액 10ml를 타블렛병에 넣는다-녹색스티커 부착
② 수산화나트륨용액15ml를 타블렛병에 넣는다.-빨강스티커 부착
③ 포도당용액과 수산화나트륨 용액을 섞은 타블렛병에 인디고 카민지시약을 10방울 정도 넣는다.스포이드사용
④ 지시약을 넣고 잠시 기다리며 관찰 한다.(흔들면안되요)
⑤ 타블렛병을 위아래로 천천히 뒤집어 가며 관찰한다.
⑥ 타블렛병을 세게 흔들어본다.
* 정확한 용량을 사용하세요.
▶ 인디고카민 지시약
인디고(식물체 속에 있는 글리코시드인디칸을 발효하여 가수 분해로 얻은 물질을 공기 속에서 산화하여 얻는 파란색의 천연물감)를 술폰화하여 얻는 파란색 산성 염료. 분석용 시약으로도 쓴다.
▶ 메틸렌블루 지시약 실험(첨삭학습)
① 포도당 용액 9ml를 타블렛병에 넣는다-녹색스티커 부착
② 수산화나트륨용액15ml를 타블렛병에 넣는다.-빨강스티커 부착
③ 포도당용액과 수산화나트륨 용액을 섞은 타블렛병에 메틸렌블루(하늘색스티커부착)를1 ~2방울 정도 넣는다.(스포이드사용)- 흔들지 말고 오랫동안 기다린다.
④ 타블렛병을 위아래로 흔들어가며 관찰한다.
▶ 메틸렌 블루는?
주로 인피섬유(靭皮纖維：황마·아마 및 대마와 같은 부드러운 식물섬유)에 사용되며, 종이·가죽과 면의 매염(媒染)에 사용되기도 한다. 견과 모의 염색에 사용되나 내광성(耐光性)이 매우 떨어진다. 또한 결핵감염 시험액으로 사용되는 생물학적 염색약으로, 화학에서 산화-환원 지시약으로 쓰인다. 1876년에 발견되었으며, 1886년에 디메틸아닐린을 주요출발물질로 하여 만들었다
❍ 마술 칵테일의 결론과 마무리
어떻게 되었나요 ?
처음 용액의 색깔은 노란색이었습니다. 그런데 가볍게 흔들어 주면 색은 빨간색으로 변하게 됩니다.
계속해서 세차게 흔들어주면 이번에는 초록색의 용액으로 변하게 됩니다. 그리고 가만히 놓아두면 용액의 색은 처음처럼 노란색으로 변하게 됩니다.
왜 그럴까요?
플라스크를 흔들면 산소가 녹아 들어가 지시약이 산화되어 빨간색으로 변하게 됩니다. 더 세게 흔들면 더 많은 양의 산소가 녹아 들어가 지시약의 색이 초록색으로 변하게 됩니다. -처음 실험했던 표시없던 인디고카민 지시약의 실험은 산소의 양과 관련이 있는거예요..
가만히 놓아두면 포도당이 지시약을 다시 환원시켜 원래의 노란색으로 되돌아가게 됩니다.
우리가 많이 사용하는 지시약은 페놀프탈레인 용액이나 BTB용액같은 산-염기 지시약입니다.
그러나 인디고카민은 산화환원지시약으로 용액 속에 산소의 농도에 따라 색깔이 달라집니다.
흔들지 않은 상태의 용액은 포도당이 산소를 모두 흡수하기 때문에 인디고 카민이 산소와 결합할 수 없어서 노란색을 나타냅니다 (환원상태)
즉 포도당은 염기성 용액 속에서 인디고카민을 환원시키는 매개자 역할을 하는 것입니다.
그런데 흔들어 주면 공기 중의 산소가 용액 속으로 용해되면서 인디고 카민과 결합하여 인디고 카민이 산화되면서 색깔이 변화되는 것입니다.
이 용액을 가만히 두면 포도당이 다시 산소를 흡수하므로 환원되면서 본래의 색깔로 되돌아가게 되는 것입니다.
색의 변화가 뚜렷하지 않은 경우에는 마개를 열어 산소를 보충해 주거나 지시약을 첨가해 주면 됩니다.
메틸렌 블루도 산소에 양에 따라 블루에서 투명색으로 바뀌는 실험을 해볼 수 있습니다.
메틸렌 블루도 가만히 놔두면 투명색이 되었다가 살짝흔들면 흐린 파랑 세개 흔들면 진파랑으로 바뀌었죠..그리고 용액의 양에따라 보라색으로 보이는 경우도 있었죠...선생님의 첫실험에선 보라색을 띠었었기때문에 처음에 보라색이라고 얘기했는데 대부분의 학생들 실험에선 파란색을 띠었죠...
용액을 또 서로 섞는정도에 따라 적갈색을 보이는 친구도 있었답니다.
뚜껑 열어놓으면 산소가 계속 공급되어 용액의 수명이 짧아집니다.
- 학생의 질문이였죠..집에와서보니 반응이 없어졌다고...진공 상태가 아니기때문에 어떤틈새로든 산소가 들어가겠죠..그러면 용액의 수명이 짧아져서 더이상의 변화가 없게되는겁니다.
음료수나 우유같은것도 진공상태에선 유통기한만큼 신선도를 유지할수있지만 일단 오픈한 상
태에선 아무리 뚜껑을 세개 닫아놔도 상하잖아요..바로 그런 원리랍니다.
아시겠죠? 그러니 모든 음식의 유통기한이 남아있어도 오픈한 상태에선 빨리 먹어야겠죠??
여러분 항상 모든 실험의 정석은 없다고 말했죠..
결과가 정해져있어도 상황에따라 또는 보는 방향이나 조건에따라 결과값은 변하는거예요...
우리 창의과학반 학생들은 결과값에 연연하지말고 새로운 나만의 결과값을 찾아 항상생각할줄
아는 친구들이였으면 해요...^^