[고등1 과학탐구]산과 염기, 지시약과 pH, 이온화, 이산화탄소(CO2)와 해양생태계

산성, 알카리성이라고 부르는 산과 염기는 물에 녹으면서 산과 염기의 성질을 띠는 이온으로 나뉘고, 금속, 탄산칼슘, 페놀프탈레인 등 다른 물질과 화학적으로 반응한다. pH 농도를 통해 산성, 중성, 염기성을 판별하고, 몇몇 지시약이 판별에 사용된다. 한편 매연 등에 포함된 이산화탄소는 바닷물과 만나 탄산이 되고, 탄산이 이온화되어 해양생태계에 영향을 미친다.

 

 

고등학교 과학탐구, 산과 염기에 대해 알아보자

 

 

산과 염기의 개념 / pH 농도 / CO2와 해양생태계 영향

 

 

 

 

산과 염기

산과 염기에 대한 정의와 종류, 성질이 아래와 같다. 산은 신맛이 나고 염기는 쓴맛이 나고, 둘 다 물에서 녹으면서 '산'은 수소 이온을 발생시키고 '염기'는 수산화 이온을 발생시키는 이온화 과정을 보이고 음이온 또는 양이온의 전극을 가지게 된다.  

 

• 산: 물에 녹아 수소 이온(H+) 방출하는 물질
• 종류: 염산(HCI), 황산(H2SO4), 아세트산(CH3COOH), 탄산(H2CO3), 질산(HNO3)
• 성질: 신맛 / 수용액에서 전류 흐름 / 금속 반응> 수소(H2) 발생 / 탄산칼슘 반응> 이산화탄소(CO2) 발생 / 푸른색 리트머스> 붉은색(산불) / 페놀프탈레인 용액에 무변색

 

• 염기: 물에 녹아 수산화 이온(OH-) 방출하는 물질
• 종류: 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH) 2), 암모니아(NH3)
• 성질: 쓴맛 / 수용액에서 전류 / 금속, 탄산칼슘 반응 없음 / 붉은색 리트머스> 푸른색(염푸) / 페놀프탈레인 용액에 붉은색으로 변색

 

 

 

 

지시약과 pH

pH는 물속에 들어 있는 수소 이온(H+)의 농도를 말하는 것으로, pH가 7이면 중성, 7보다 작으면 산성, 7보다 크면 염기성이라고 정한다. 어떤 물질이 산성인지 염기성인지 또는 중성인지를 판별하는 방법으로 지시약을 사용한다.

 

산과 염기에 페놀프탈레인, 메틸 오렌지, BTB 용액 등의 지시약에 떨어뜨렸을 때 보이는 색깔을 보고 산성, 중성, 염기성을 판별하는데, 예를 들어, 산성 물질에 페놀프탈레인 용액을 떨어뜨리면 무색, 중성을 떨어뜨려도 무색, 염기성을 떨어뜨리면 빨간색으로 변한다. 한 가지 지시약으로 판별이 안될 때는 다른 지시약에 보이는 색을 보고 최종적으로 산성, 중성, 염기성을 판별한다.

 

 

 

 

• 지시약

지시약 종류	무	무	빨	노	노	초	파
페(페놀프탈레인)	산	중	염
메(메틸 오렌지)			산	중	염
비(BTB)					산	중	염

• pH: 수용액에 들어 있는 수소 이온(H+) 농도
• pH <7(산성) / pH=7(중성) / pH>7(염기성)
• 우리 주변 물질의 pH : 위액(2), 레몬(2.5), 탄산음료(2.5), 토마토(4~4.5), 커피(5), 달걀노른자(6), 우유(6.5), 증류수(7.5), 달걀흰자(8.5), 베이킹 소다(8), 비누(10), 과탄산소다(11), 가정용 암모니아수(12), 하수구 세정제(13)

 

 

 

 

CO2와 환경 영향

공업생산으로 발생한 이산화탄소가 어떻게 수소 이온으로 변해서 바다 생태계에 영향을 미치는지 이온화의 관점으로 살펴보자. 이온화는 원자나 분자가 양이온과 음이온으로 나뉘는 것으로, 이때 생긴 양이온과 음이온은 전극을 가지고 전기 성질을 띠는 물질이 된다.

 

공장이나 자동차에서는 석유나 석탄을 태우는 과정에서 많은 이산화탄소가 발생하고, 이산화탄소가 바닷물을 만나 녹으면 탄산으로 변한다. 탄산이 바닷속에서 양이온과 음이온으로 나뉘는 이온화를 거치면서 수소 이온이 따로 분리되어 수소 이온 농도가 증가하면서 바다는 산성화 된다.

 

수소 이온은 탄산 이온과 반응하여 산호, 조개류에 필수적인 탄산 이온의 수를 감소시키고, 산호의 성장과 조개류의 석회질 껍데기가 만들어지는 것을 방해한다. 이산화탄소에 의해 바다가 산성화 되면서 바닷속 생태계가 파괴되는 것이다. 

 

 

이산화탄소는 바다를 산성화시키고, 산호, 조개 등이 줄어들게 하여 해양생태계를 파괴한다.

 

 

• CO2(이산화탄소) + H2O(바닷물) > H2CO3(탄산) ⇒ 이산화탄소가 바닷물에 녹아 탄산이 생긴다. 
• H2CO3(탄산) > 2H+(수소 이온) + CO32−(탄산염) ⇒ 탄산이 이온화하여 수소 이온(양이온)과 탄산염(음이온)으로 분리된다. 
• 수소 이온(H+)이 탄산이온 수를 감소시켜 탄산이온으로 살아가는 산호의 성장과 조개류의 석회질 껍데기 생성을 방해 > 개체 수 감소 > 해양 생태계에 영향(교란, 파괴)을 미친다.

 

* 이온화(전리): 원자나 분자 > 양이온과 음이온으로 나누어지는 것 예) HCI > H+ / CI-

* 이온: 원자나 분자가 나뉘어 전기 성질을 띠는 물질

 

 

 

 

산과 염기의 종류와 성질, 그리고 산성과 염기성을 판별하기 위한 지시약의 종류와 판별법, 환경에 영향을 미치는 대표적인 공해물질의 하나인 이산화탄소가 바닷물을 만나 다른 물질로 변화하고 이온화하여 바닷속 해양생물의 생존에 영향을 미치는지를 화학적 변화를 통해 살펴보았다. 산과 염기는 우리의 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 물질인 셈이다.