함께 만드는 화학수업 양배추의 변신

2011 + Autumn 39

양배추의 변신

글∣박은미(서울 석관고, watw33@hitel.net)

실험목표 천연 지시약(양배추)을 이용하여 산과 염기를 구별할 수 있다.

실험개요

학생수준 초등학교 6학년 모둠인원 2~3명

학습개념 산, 염기, 지시약 실험요소 설명, 정의, 분류, 자료 변환

소요시간 45분 (설치 5분, 실험활동 30분, 정리 10분)

관련단원 초등학교 > 물질 > 산과 염기

들어가기 1. 음식에는 어떤 종류가 있고, 그것을 어떤 방법으로 분류할 수 있는가?

－과일, 채소, 곡류, 육류, 유제품 등

－ 부분의 야채는 초록색이고, 부분의 견과류는 크기가 작고, 부분의 유제품은 흰색이거

나 노란색이다.

※ 화학자들은 산성 물질과 염기성 물질로 나누기도 한다.

2. 산성 물질에는 어떤 것이 있는가?

－레몬주스, 배터리 산, 위산, 식초

3. 산성 물질에는 공통점이 있을 것이다. 맛볼 수 있는 것은 레몬주스와 식초 밖에 없다. 레몬주스

와 식초는 어떤 맛을 내는가?

－둘 다 신맛이 난다. 산성은 신맛이 나타내는데, 레몬에는 시트르산이 있고 식초에는 아세트

산이 있다.

4. 염기성 물질에는 어떤 것이 있는가?

－세제, 바닥 청소제, 하수구 청소제, 부엌 청소제

5. 염기성 물질은 부분 맛을 볼 수 없지만 만약 맛을 볼 수 있다면 어떨까?

－쓴 맛을 낸다. 부분의 청소용 세제들이 염기성을 나타낸다.

－물질 중에 많은 것들이 독성을 나타내기 때문에 맛으로 판별할 수는 없다. 이때 지시약이라

는 화학약품을 사용한다.

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기본실험 :

양배추가 알려줘요

1. 준비물

준비물 재료 확인

플라스틱 컵(또는 비커) 6개, 스푼 1개

자주색 양배추

베이킹 소다, 암모니아, 식초, 타르타르 크림, 설탕, 소금

2. 교사 참고사항

① 양배추 지시약을 만드는데 시간이 30분 정도 소요된다.

② 간단히 활동하려면, 한 종류의 산(타르타르 크림 또는 식초)과 한 종류의 염기(베이킹소다 또

는 암모니아)만으로도 양배추 주스의 색깔이 변하는 것을 관찰할 수 있다.

3. 실험 과정

1) 사전 준비 : 양배추 주스 지시약 만들기

① 칼로 양배추를 깨끗하게 잘라, 큰 그릇에 2컵 이상의 양배추를 넣는다.

② 양배추가 겨우 잠길 정도로 더운물을 넣고, 2-5분간 놓아둔다.

③ 채를 사용하여 더운물에 잠겨있는 양배추를 걸러서 자주색 물을 얻는다. 거르고 남은 양배추

는 버린다.

④ 양배추 주스를 몇 시간 이상 보관하려 할 때는 1/2~1컵의 소금을 넣고 녹지 않을 때까지 잘 저

어서, 냉장고에 보관한다.

⑤ 양배추 주스를 한 학급에 사용하기에 충분하도록 희석한다. 양배추 1개로 약 4L의 주스를 만

들 수 있다.

⑥ 모둠 당 음료수 병 1개에 2컵 정도의 주스를 넣고, 양배추 주스라는 이름을 붙인다.

⑦ 실험에 사용할 고체를 플라스틱 컵에 각각 1/4씩 넣고 이름을 붙인다(타르타르 크림, 베이킹

소다, 소금, 설탕).

⑧ 실험에 사용할 액체를 플라스틱 컵에 각각 1/4씩 넣고 이름을 붙인다(식초, 암모니아).

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2) 시범실험

① 4개의 깨끗한 컵을 준비한다. 하나에는 양배추 주스를 넣는다. 나머지 컵에 각각 한두 스푼 정

도의 액체(식초, 암모니아, 물)를 넣는다.

② 학생들에게 양배추 주스가 들어간 컵을 보여주고 그 안에 무엇이 있는지 물어본다. 3개의 컵에

각각 어떤 물질이 들어있는 물어 보고, 그 세 가지 물질이 같은지도 물어본다.

③ 양배추 주스의 1/3을 각각의 액체가 들어있는 컵에 넣는다. 무슨 일이 일어나는가? 어떤 색이

되는가?

3) 탐구 실험

① 플라스틱 컵에 양배추 주스를 2스푼 가득 넣는다.

② 양배추 주스가 담겨 있는 컵에 베이킹소다를 1스푼 넣는다.

③ 다른 플라스틱 컵 5개에 각각 양배추 주스를 2스푼씩 넣는다.

④ 양배추 주스가 담겨있는 5개의 플라스틱 컵에 타르타르 크림, 식초, 설탕, 소금, 암모니아수를

각각 1 스푼씩 넣는다.

4. 실험 정리

① 양배추 주스를 넣었을 때 물질의 색깔이 어떻게 변하는지 기록한다.

물질 베이킹소다 암모니아 소금 설탕 타르타르산 식초

양배추 주스 색깔 연두 초록 보라색 보라색 분홍색 붉은색

② 양배추 주스가 산성 물질과 반응하면 어떤 색깔이 되는가?

－빨강이나 분홍 힌트 : 타르타르 크림의 다른 이름은 타르타르산이다.

③ 양배추 주스가 염기성 물질과 반응하면 어떤 색깔이 되는가?

－파랑이나 초록 힌트 : 베이킹소다는 염기성의 한 종류이다.

5. 생각해 보기

① 산성인 화학물질에는 어떤 것이 있는가?

－식초, 타르타르크림, 레몬주스, 시트르산

② 염기성인 화학물질에는 어떤 것이 있는가?

－베이킹파우더, 암모니아, 산화마그네슘 우유, 제산제, 비누조각

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③ 모든 화학 물질이 산성이거나 염기성인가?

－산성도 염기성도 아닌 물질에는 여러 가지가 있다. 이 실험에서는 소금과 설탕이 중성이다.

추가로 학생들이 지시약에 물을 부었을 때도 색깔이 변하지 않는 것을 알 수 있다.

④ 모든 산성 물질의 세기가 같고, 모든 염기성 물질의 세기가 같은가?

－양배추 지시약의 색깔과 산이나 염기의 pH를 비교하여 설명할 수도 있다.

실험실 안전 ① 실험을 할 때 보안경을 착용한다.

② 실험 준비물을 먹지 않는다.

더 알아보기

중성

산성염기성

[기본자료]

1. 산과 염기

산과 염기는 화학적 성질이 완전히 반 이다. 산의 예로는 식초, 배터리산, 위산 등이 있다. 독

성이 없는 몇 종류의 산(오렌지, 레몬, 라임에 있는 시트르산)을 먹는다면 신맛이 난다. 염기의 예

로는 가정용 청소제, 암모니아 세제, 하수구 세척제, 피, 베이킹소다 등이 있다. 독성이 없는 몇 종

류의 염기(소량의 베이킹소다)를 먹는다면 쓴맛이 난다. 많은 종류의 화학물질은 산이나 염기로

분류된다. 예를 들어 석회암 같은 돌은 염기성이어서 식초와 같은 약한 산과 반응한다. 식물들은

종종 쓴 염기를 만들어내서 동물들이 먹을 수 없게 된다.

산이나 염기가 아닌 물질들도 있다. 예를 들어 가솔린, 식염, 미네랄오일, 부분의 플라스틱들

은 산도 아니고 염기도 아니다. 물론 증류수도 산도 아니고 염기도 아니다. 이들을 중성이라 한다.

2. 지시약

지시약은 산성이나 염기성과 반응하여 색

깔이 변하는 화학 물질이다. 예를 들어 양배

추 주스는 염기성에서 노란색, 초록색, 파란

색으로 변하고, 산성에서는 빨간색, 분홍색으

로 변한다.

[심화자료]

1. 산과 염기의 정의

산은 용액에서 수소 이온을 내놓는 화학

물질로 정의한다. 염기는 수소 이온을 받아들이는 화학 물질이기 때문에 산과 상반된다.

모든 산과 염기의 세기가 같지는 않다. 강한 산과 강한 염기는 둘 다 많은 양의 수소 이온을 내놓

거나 받아들이기 때문에 부식성이 있고 위험하다. 약한 산과 약한 염기는 적은 양의 수소 이온을 내

놓거나 받아들이기 때문에 덜 위험하다. 예를 들어 위산은 강산이어서 많은 양의 수소 이온을 내놓

아 콘크리트를 녹인다. 한편 식초는 약산이고 수소 이온을 조금 내놓는다. 그래서 우연히 식초가 피

부에 쏟아져도 충분한 물로 씻어내면 위험이 없다. 하지만, 눈에 닿았을 때는 매우 위험할 수 있다.

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2. pH의 정의

과학자들은 용액에 있는 산과 염기의 세기를 측정하기 위하여 pH 척도를 사용한다. pH 척도는

1~14이다. 척도 상에서 작은 숫자는 산이고, 숫자 7은 중성의 화합물이고, 큰 숫자는 염기이다. 양

배추 주스의 pH 척도는 다음과 같다. 산 ← → 염기

pH 2.0 pH 4.0 pH 6.0 pH 7.0 pH 7.5 pH 8.0 pH 9.0 pH 13.0

빨강 분홍 자홍 자주 파랑 암녹 초록 노랑

3. 식물 지시약

오랜 동안 사람들은 산이나 염기를 검출하기 위해서 지시약이라고 불리는 화학 물질을 사용해왔다.

지시약들은 체로 수소 이온을 내놓거나 받아들일 때 색깔이 변하는 약한 산이나 약한 염기이다.

양배추 주스가 다양한 색깔을 나타내는 것은 산과 염기에 반응하는 몇 종류의 지시약을 포함하

고 있기 때문이다. 양배추 주스 속에 들어있는 지시약은 모두 종종 식물의 꽃잎이나 과일 주스에

서 발견되는 색깔이 변하는 종류인 안토시아닌이다. 사실, 많은 종류의 식물은 자연적인 생생한

색깔 변화를 가져오는 산, 염기 지시약을 포함한다. 우리들은 활짝 핀 꽃이나 익은 과일에서 이러

한 색깔 변화를 볼 수 있다.

4. 실제 세계에서 pH의 사용

염소 처리된 수영장을 관리해 본 사람이라면, 수용액 안에 있는 화학 물질의 존재를 수용액의

pH로 알게 된다는 사실을 안다. 예를 들어 폐 속에 있는 피의 pH가 낮다면 즉, 산성이라면 헤모글

로빈 단백질이 산소를 받아들일 수 있는 양이 적다는 것이다. 이러한 상황은 고도가 높은 곳을 올

라가는 사람들에게 일어날 수 있다.

정원사들은 식물들이 산성 토양에서 잘 자라기 때문에 토양의 pH를 알아야 한다. 수국과 같은

몇 종류의 식물은 토양의 pH에 따라 꽃의 색깔이 바뀐다. pH를 이해함으로써 과학자들은 세상을

더 잘 이해할 수 있다.

5. 다른 지시약

화학자들은 화학 물질을 검출하기 위하여 다양한 지시약을 사용한다. 예를 들어 어떤 지시약은

물속에 녹아있는 산소의 양을 검출할 수 있다. 다른 지시약은 집에 사용된 페인트에서 납을 검출

하는 것처럼 어떤 금속 이온의 존재를 검출할 수 있다. 또 다른 어떤 지시약은 전자를 흡수하거나

방출할 때 색깔이 변한다.

참고문헌 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •1. OMSI(2007). No Hassle Messy SCIENCE WITH A WOW : Chemistry in the K-8 classroom

함께 만드는 화학수업 양배추의 변신

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탐구 활동 보고서 : 양배추의 변신

주제 양배추를 이용하여 물질을 구별할 수 있을까?학 번 이 름

활동목표 양배추를 이용하여 산성 물질과 염기성 물질을 구별할 수 있다.

준비물플라스틱 컵, 플라스틱 스푼, 양배추 지시약, 베이킹 소다, 암모니아, 무색 식초, 타르타르 크림, 설탕, 소금

들어가기 1. 음식에는 어떤 종류가 있고, 그것을 어떤 방법으로 분류할 수 있는가?

2. 산성 물질에는 어떤 것이 있는가?

3. 산성 물질에는 공통점이 있을 것이다. 맛볼 수 있는 것은 레몬주스와 식초 밖에 없다. 레몬주스

와 식초는 어떤 맛을 내는가?

4. 염기성 물질에는 어떤 것이 있는가?

5. 염기성 물질은 부분 맛을 볼 수 없지만, 만약 맛을 볼 수 있다면 어떨까?

실험과정 ① 플라스틱 컵에 양배추 주스를 2스푼 가득 넣는다.

② 양배추 주스가 담겨 있는 컵에 베이킹소다를 1스푼 넣는다.

③ 다른 플라스틱 컵 5개에 각각 양배추 주스를 2스푼씩 넣는다.

④ 양배추 주스가 담겨있는 5개의 플라스틱 컵에 타르타르 크림, 식초, 설탕, 소금, 암모니아수를

각각 1 스푼씩 넣는다.

실험정리 모둠별 실험에서 관찰한 것을 다음 표에 기록하여라.

화학물질의 이름 양배추 주스 색깔(전) 양배추 주스 색깔(후) 결론 - 산인가 염기인가?

생각해 보기 ① 양배추 주스가 산성 물질과 반응하면 어떤 색깔이 되는가?

② 양배추 주스가 염기성 물질과 반응하면 어떤 색깔이 되는가?

③ 산성인 화학물질에는 어떤 것이 있는가?

④ 염기성인 화학물질에는 어떤 것이 있는가?

⑤ 모든 화학 물질이 산성이거나 염기성인가?

⑥ 모든 산성 물질의 세기가 같고, 모든 염기성 물질의 세기가 같은가?