이 실험 소개
만능 지시약, 리트머스 종이, 페놀프탈레인, pH 미터의 네 가지 방법으로 레몬즙, 우유, 비눗물 등 일상에서 흔히 볼 수 있는 액체를 검사해 보세요. 각 방법으로 알 수 있는 내용은 서로 다릅니다. 리트머스 종이는 산성인지 염기성인지만 알려 주고, 페놀프탈레인은 pH 8.2를 초과할 때만 반응합니다. 만능 지시약은 정수 단위의 대략적인 값을 알려 주며, pH 미터는 정확한 값을 측정합니다. 실험실 용액으로 바꾸어 강산과 약산, 강염기와 약염기를 희석하고 pH가 어떻게 변하는지 알아보세요.
학습 목표
- pH 척도를 사용해 용액을 산성, 중성 또는 염기성으로 분류하기
- 리트머스 종이, 페놀프탈레인, 만능 지시약, pH 미터로 각각 무엇을 알 수 있는지 비교하기
- pH가 1단위 변할 때마다 수소 이온 농도가 10배 변한다는 것을 설명하기
- 강산을 10배 희석하면 pH가 1단위 올라가지만 약산은 변화 폭이 더 작다는 것을 보여 주기
사용 방법
- 1만능 지시약을 선택해 가정에서 사용하는 액체 다섯 가지를 검사하세요. 각 결과를 표에 기록하세요.
- 2같은 액체를 리트머스 종이와 페놀프탈레인으로 시험해 보세요. 이 지시약들로 구별할 수 없는 액체는 무엇인가요?
- 3pH 미터로 전환하여 만능 지시약으로 추정한 값을 확인하세요.
- 4‘Lab solutions’에서 HCl을 1, 0.1, 0.01, 0.001 mol/L 농도로 시험한 다음, 에탄산(아세트산, CH₃COOH)으로도 반복하여 비교하세요.
모델
가정
- 가정용 액체는 혼합물이므로 pH 값은 계산값이 아니라 일반적인 값입니다. 실제 시료의 값은 다를 수 있습니다.
- 실험실 용액의 pH는 25 °C에서 이상적인 거동을 가정하고 전체 전하 균형을 바탕으로 계산합니다. 활동도 효과는 무시하며, 이는 특히 1 mol/L에서 중요합니다.
- 지시약의 색은 지시약 자체의 색만 보여 줍니다. 실제 시험에서는 콜라나 커피처럼 색이 있는 음료가 색 변화를 가릴 수 있습니다.
- 리트머스는 pH 약 4.5~8.3에서 색이 변하고, 페놀프탈레인은 pH 약 8.2부터 분홍색으로 변합니다.
수업에서 해 보기
- Q1레몬즙의 pH는 약 2이고 블랙커피의 pH는 약 5입니다. 레몬즙에는 H⁺ 이온이 몇 배 더 많이 들어 있을까요?
- Q2페놀프탈레인이 레몬즙과 순수한 물에서 같은 결과를 나타내는 이유는 무엇인가요?
- Q30.1 mol/L 염산과 0.1 mol/L 에탄산은 농도가 같습니다. pH 값이 다른 이유는 무엇인가요?
- Q40.1 mol/L NaOH를 1,000배 희석해 보세요. 시험해 보기 전에 새로운 pH를 예측하세요.
자주 묻는 질문
pH 7은 무엇을 의미하나요?
25 °C에서 pH 7은 H⁺ 이온과 OH⁻ 이온의 농도가 같다는 뜻이므로 용액은 중성입니다. 7보다 낮으면 산성이고 7보다 높으면 염기성입니다.
pH가 0보다 낮거나 14보다 높을 수 있나요?
네. 매우 농도가 높은 강산은 음의 pH를 가질 수 있습니다. 0에서 14까지의 범위는 학교와 일상생활에서 접하는 용액을 아우릅니다.
산을 희석해도 염기성이 되지 않는 이유는 무엇인가요?
산이 매우 묽어지면 물 자체에서 나온 H⁺가 우세해지고, pH는 7보다 낮은 값에서 7에 가까워집니다. 물을 더해도 OH⁻가 H⁺보다 많아질 수는 없습니다.