마술 칵테일 실험: 산화·환원과 색 변화의 과학

 

마술 칵테일/신호등 용액

 

📌 준비물

• 수산화나트륨 용액 (NaOH)
• 포도당 용액
• 인디고카민 지시약
• 메틸렌블루 지시약
• 스포이드
• 타블렛병 (실험용 병)

🎯 수업 목표

• 산화와 환원의 개념을 이해하고 실생활 예시를 찾아보기
• 다양한 지시약의 역할과 색 변화 원리 탐구

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1.  산화와 환원이란?

• 산화: 물질이 산소와 결합하거나 전자를 잃는 반응
• 환원: 물질이 산소를 잃거나 전자를 얻는 반응
• 산화와 환원은 항상 쌍으로 일어나는 반응입니다

2. 실생활 예시

• 음식 부패
• 철의 녹 발생
• 깎은 사과의 갈변
• 표백제를 사용한 세탁

3. 지시약이란?

지시약은 화학 반응의 상태를 색으로 알려주는 시약입니다.

• 산-염기 지시약: pH에 따라 색이 변함 (예: 페놀프탈레인, BTB)
• 산화-환원 지시약: 산소 농도에 따라 색이 변함 (예: 인디고카민, 메틸렌블루)

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이미지는 실험과 무관합니다.

실험 1: 인디고카민 지시약 실험

🧪 실험 방법

1. 포도당 용액 10ml + 녹색 스티커
2. 수산화나트륨 용액 15ml + 빨강 스티커
3. 두 용액을 섞은 후 인디고카민 지시약 10방울 추가
4. 흔들지 말고 기다린 후 색 변화 관찰
5. 병을 천천히 뒤집으며 색 변화 확인
6. 병을 세게 흔들어 색 변화 확인

🎨 색 변화 원리

• 노란색 → 빨간색 → 초록색 → 다시 노란색
• 흔들면 산소가 녹아들어 지시약이 산화됨
• 가만히 두면 포도당이 산소를 흡수해 지시약이 환원됨

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이미지는 실험과 무관합니다.

 실험 2: 메틸렌블루 지시약 실험

🧪 실험 방법

1. 포도당 용액 9ml + 녹색 스티커
2. 수산화나트륨 용액 15ml + 빨강 스티커
3. 메틸렌블루 1~2방울 추가 (하늘색 스티커)
4. 흔들지 말고 기다린 후 색 변화 관찰
5. 병을 위아래로 흔들며 색 변화 확인

🎨 색 변화 특징

• 투명 → 흐린 파랑 → 진한 파랑 → 보라색 또는 적갈색
• 산소 농도와 흔드는 강도에 따라 색이 달라짐
• 용액의 양과 혼합 정도에 따라 색이 다양하게 나타남

🧠 실험 후 이해하기

• 산소 농도가 색 변화의 핵심
• 포도당은 산소를 흡수해 지시약을 환원시키는 역할
• 뚜껑을 열어두면 산소가 계속 공급되어 반응이 멈춤
• 실험 후 반응이 사라진 이유는 산소가 계속 들어와 용액의 수명이 짧아졌기 때문이에요.

 

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▶ 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 합니다.

견과 모의 염색에 사용되나 내광성(耐光性)이 매우 떨어집니다.

또한 결핵감염 시험액으로 사용되는 생물학적 염색약으로, 화학에서 산화-환원 지시약으로 쓰입니다.

1876년에 발견되었으며, 1886년에 디메틸아닐린을 주요출발물질로 하여 만들었습니다.

 

❍ 마술 칵테일의 결론과 마무리

 

어떻게 되었나요 ?

> 색 변화 과정

1. 처음 색: 노란색 (환원 상태)
2. 가볍게 흔들면: 빨간색으로 변함 (산화됨)
3. 세게 흔들면: 초록색으로 변함 (더 많이 산화됨)
4. 가만히 두면: 다시 노란색으로 돌아감 (환원됨)

왜 색이 변할까요?

 

• 흔들면 산소가 들어감 → 지시약이 산화되어 색이 변함
• 가만히 두면 포도당이 산소를 흡수함 → 지시약이 환원되어 원래 색으로 돌아감
• 인디고카민 지시약은 산소의 양에 따라 색이 달라지는 산화-환원 지시약이에요

🧠 포도당의 역할

• 포도당은 산소를 흡수해서 지시약을 환원시키는 역할을 해요
• 염기성 용액 속에서 포도당이 산소를 없애면 지시약은 **노란색(환원 상태)**이 되고
• 산소가 들어오면 지시약은 **빨간색 또는 초록색(산화 상태)**으로 변해요

🧫 메틸렌블루 실험도 비슷해요

• 가만히 두면 투명색
• 살짝 흔들면 흐린 파랑
• 세게 흔들면 진한 파랑
• 용액 양이나 섞는 정도에 따라 보라색이나 적갈색도 나타날 수 있어요

⚠️ 실험 후 반응이 사라진 이유?

• 뚜껑을 열어두면 산소가 계속 들어와서 용액의 수명이 짧아져요
• 산소가 너무 많아지면 더 이상 색 변화가 일어나지 않아요
• 음료수나 우유처럼, 개봉 후엔 빨리 사용해야 반응이 살아있어요

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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...^^