■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	매 직 볼			실험 원리	알긴산나트륨 용액의 겔화와 지시약 알아보기
실험 시간	50분	실험 분야	화학	실험 방법	4인 1조, 조별 실험
세트구성물	알긴산나트륨, 자색고구마 분말, 염화칼슘수용액, 시트르산 용액, 수산화나트륨 수용액, 페트리디쉬, 플라스틱 숟가락, 일회용 스포이트, 나무스틱, 종이컵, 투명컵
교사준비물	따뜻한 물			학생준비물
실험 결과	실험 장소에서 매직볼의 색깔 변화 관찰
실험팁	* 시트르산 용액의 보관특성상 만들어 사용해야하므로 결정타입의 고체로 제공됩니다. 실험하기 직전에 선생님께서 미리 용액을 만들어두셔도 좋습니다. - 제조법 : 시트르산이 든 병(용량: 20mL)의 20ml 눈금까지 물을 넣어 시트르산 용액을 만듭니다. (tip: 차가운 물은 시간이 오래 걸립니다. 따뜻한 물로 만든 뒤, 식혀서 사용하세요.) TIP 1. 알긴산나트륨을 녹일 때는 반드시 따뜻한 물을 사용하도록 하고 물에 알긴산나트륨을 천천히 조금씩 넣어 녹입니다. 알긴산나트륨에 물을 부으면 알긴산나트륨이 서로 엉기게 되어 녹이기 어렵게 되므로 주의하셔야 합니다. TIP 2. 알긴산나트륨과 자색고구마분말 혼합용액을 염화칼슘수용액에 떨어뜨릴 때 사용하는 스포이트의 굵기로 매직 볼의 크기를 조절할 수가 있습니다. 알갱이가 너무 작은 것 보다는 조금 큰 것이 보기에 좋으므로 포함되어 있는 스포이트의 앞부분을 알맞게 잘라 크기를 조절하세요. TIP 3. 자색고구마 용액을 만들어 오랫동안 놓아두면 선명한 보라색에서 팥죽색처럼 색이 변하지만 실험 결과에는 큰 영향이 없습니다.

지시약이란 무엇입니까?

산도에 따라 색이 달리 나타나는 용액을 지시약이라고 합니다.

1. 자색 고구마용액의 색소는 어떤 특성을 가지고 있습니까?

산성일 때 붉은색, 중성일 때 보라색, 염기성일 때 초록색으로 변합니다.

2. 우리 주변에서 지시약으로 사용할 수 있는 여러 가지 자연색소를 찾아 써봅시다.

붉은 양배추즙, 검은콩, 나팔꽃, 당근, 포도즙, 장미꽃 등 보랏빛을 내는 안토시아닌이라는 색소가 있다면 사용할 수 있습니다.

[자색고구마 지시약]

*중성일 때 자주빛 보라색을 나타냅니다.

*자색고구마 용액의 농도는 진할수록 좋습니다.

*pH가 증가하는 순서대로 정리하면 다음과 같은 색이 나타납니다. -가장 다양한 색을 얻을 수 있습니다.

물질	진한염산	0.1M염산	식초	사이다	물	소다용액	하이타이	0.1M 수산화나트륨	진한 수산화나트륨용액
색변화	붉은색	붉은색	붉은색	붉은색	보라색	초록색	초록색	초록색	밝은연두
액성	강산	약산	약산	약산	중성	약염기	약염기	약염기	강염기

지시약 [ 指示藥 , indicator ]  화학반응에 있어서 일정한 상태를 판별하는 데 사용되는 시약.

일반적으로 적정(滴定)의 당량점(當量點)을 판별하거나 수소이온농도를 알기 위해서 사용된다. 변화가 급격히 일어나는 것에 의해서 당량점 또는 적정의 지시를 육안으로 직접 관찰할 수 있는 정색지시약(색의 변화)․형광지시약(형광의 변화)․화학발광 지시약(발광의 생성)․혼탁지시약(혼탁의 생성)․침전지시약(침전의 생성) 등이 있고, 이 밖에 물리화학적 성질의 변화에서 종점을 지시하는 전류지시약이나 표면활성지시약도 있다. 이러한 것 중에서 가장 널리 사용되는 것은 정색지시약인데, 이것에는 종점이 되면 무색에서 유색으로, 또는 유색에서 무색으로 변하는 1색지시약과, 종점이 되면 어떤 색에서 다른 색으로 변하는 2색지시약이 있다. 지시약을 지시하는 반응메커니즘에 따라 분류하면 다음과 같다.

① 산염기 지시약:수소이온농도의 변화에 따라 색이 변한다. 가장 널리 사용되는 것으로서 중화지시약․수소이온지시약․pH지시약이라고도 한다. 이 종류의 지시약은 그 자체가 약한산 또는 약한염기이며, 이온이 되었을때의 색이 해리(解離)되지 않았을 때와 다르므로, 색이 용액 속에서 수소이온농도의 변화에 선명하게 대응한다. 거의 일정한 영역에서 변화하는데, 그때의 pH보다 낮은 값에서 변하는 색을 산성색, 높은 값에서 변하는 색을 염기성색 또는 알칼리성색이라고 한다. 또, 산과 염기로 나누어서 산성지시약(페놀프탈레인․티몰블루 등)․염기성지시약(메틸오렌지․메틸레드 등)이라고도 한다. 산염기지시약은 덴마크의 S.P.L.쇠렌센에 의해서 처음으로 조직적인 연구가 이루어졌기 때문에 그의 이름을 따서 쇠렌센지시약이라고 불리는 것도 있다. 구조상으로는 프탈레인계․술폰프탈레인계․벤조인계․아조계․트리페닐메탄계․니트로계 등이 있으며, 모두 변색이 신속하고 가역적(可逆的)이다. 주로 중화적정 및 pH 측정에 사용된다.

② 산화환원지시약:산화형과 환원형의 색이 현저하게 다르고, 일정한 산화환원 전위에서 산화 또는 환원이 신속하게 이루어져서 변색하도록 되어 있다. 주로 산화환원적정에 사용된다. 보통 발색이 불안정하고, 비가역적이다.

③ 금속지시약:금속이온과 반응하여 착색․변색 또는 흐림이 생기며, 주로 킬레이트적정에서 사용된다. 예를 들면, 철(Ⅲ)로서 사용되는 티론․살리실산․술포살리실산 등과 같이 발색을 하는 것이나, 칼슘이온에 대한 옥살산과 같이 금속이온과 반응하여 흐림이나 레이크를 생성하는 것이 있다. 가장 많이 사용되는 것은 금속색소 지시약으로, 금속이온과 착염(錯鹽)을 만들어 변색하는 유기색소이다. 이것은 일반적으로 변색이 예민하여 산염기 지시약으로도 작용한다. 대표적인 것에는 무렉시드․엘리오크롬블랙 T․프탈레인 콤플렉슨 등이 있다.

④ 흡착지시약:침전에 흡착될 때 변색되며, 침전적정에 사용된다. 예를 들면, 에오신을 지시약으로 하여 브롬이온을 질산은으로 적정하면, 종점에서는 브롬화은의 침전이 적색으로 된다(보통 브롬화은은 담황색이다). 이것은, 반응의 당량점 이전에서는 생성하는 브롬화은 입자의 표면에 음이온인 브롬이온이 흡착되어 있기 때문에 에오신의 음이온은 흡착되기 어려우나, 당량점이 지나면 반대로 양이온인 은이온이 흡착되고, 여기에 에오신의 음이온이 흡착되어 구조가 일그러짐으로써 변색하는 것으로 생각된다. 흡착지시약에는 이 밖에 디클로로플루오레세인․디브로모플루오레세인을 비롯하여 많은 것이 알려져 있다.

지시약은 보통 한 종류의 것을 사용하나 두 가지 이상을 섞어서 사용하는 경우도 있다. 이런 경우를 배합지시약이라고 한다. 배합지시약에는 혼합지시약․차폐지시약․만능지시약 등이 있다(혼합지시약과 차폐지시약을 합하여 색지움지시약이라고 하고, 또 차폐지시약을 혼합지시약이라고도 한다). 혼합지시약의 예로는 메틸레드(적색 pH 4.4～6.2 황색)와 브롬크레졸그린(황색 pH 3.8～5.4 청색)을 1대1의 비율로 혼합한 것이 있는데, pH 5.4에서 회색이 되고, 그보다 산성 쪽에서는 적색, 염기성 쪽에서는 녹색이 된다. 또, 만능지시약은 더욱 세밀하게 조합한 것으로, 예를 들면 티몰블루․브롬페놀블루․브롬크레졸그린․브롬크레졸퍼플 적당량을 혼합한 경우에는 pH 1.0～pH 7.0 사이에서 1pH 단위마다 적색․오렌지색․황색․녹색․남색 등으로 색이 변한다

알긴산 [ alginic acid ] 갈조류(褐藻類)의 세포막을 구성하는 다당류.

해초산(海草酸)이라고도 한다. 알긴산은 2종의 우론산의 중합체로 중합도 80, 분자량 1,500 정도이다. 묽은 황산으로 씻은 갈조를 묽은 알칼리성의 더운 물에서 추출하여 추출액을 산성으로 만들면 생기는 침전이 알긴산이다. 알긴산은 분자 속에 우론산의 카르복시기(基)가 있으므로 산의 성질을 나타내는데, 보통은 나트륨염으로 다룬다. 알긴산의 칼슘염은 물에 녹지 않는다. 알긴산은 경구투여(經口投與)로는 독성이 없으나 혈액 속에 주사하면 유독하다. 알긴산이 혈액 속의 칼슘이온과 반응하여 불용성 염을 만들고, 그것이 혈관을 막기 때문이다. 포유류는 알긴산을 분해하는 효소가 없으므로 알긴산을 영양으로 이용할 수 없다. 그러나 해산 연체동물(전복)에는 분해효소가 있다. 이것은 이 조개가 해조(海藻)를 상식(常食)으로 하고 있는 것과 관계가 있다고 생각된다. 토양세균의 일종도 알긴산을 분해한다.

식물의 색소  식물은 약 2만개의 성분을 생산하는데, 그중에는 색소도 포함된다. 인간은 380nm-730nm의 파장을 인식하지만, 곤충의 경우에 좀더 단파장의 빛을 인식한다. 식물의 색을 결정짓는 색소는 크게 3가지로 나눌수 있다: 플라보노이드/안토시아닌, 베타레인, 카로티노이드이다.

그중에서도 플라보노이드는 페닐프로파노이드계에 속하는 2차대사산물이며, 이것은 다양한 색깔은 나타내는데, 연노랑에서부터 푸른색의 색을 나타낸다. 안토시아닌은 플라보노이드계로서 식물체의 꽃, 잎, 과실과 종자뿐 아니라 다른조직에서도 색을 나타내며 오렌지-푸른색의 색을 나타내고 있다. 이러한 안토시아닌은 수용성색소이면서, 액포에 저장된다.

베타레인은 노란색에서 빨간색은 색을 나타내면서 티로신유래의 화합물이다. Caryophyllales속에 속하는 식물에서 발견되면 수용성이며, 액포에 저장된다.

카로티노이드는 isoprenoid계 화합물이며 식물과 미생물에서 존재하면, 과실과 꽃에서 노랑-빨간의 색을 나타낸다. 플라보노이드/안토시아닌과 카로티노이드는 같은 조직에 존재하는 경우도 있고, 이들 색소의 조합으로 색깔의 다양성이 증대된다.

안토시아닌 [anthocyanin]

꽃이나 과실 등에 포함되어 있는 안토시아니딘의 색소배당체(色素配當體:색소 글리코시드)로 가수분해에 의해 하나 또는 둘의 단당류와 아글리콘으로 분류된다.

가수분해에 의하여 하나 또는 둘의 단당류(單糖類)와 아글리콘으로 분류된다. 펠라르고니딘의 배당체인 펠라르고닌·시아니딘의 배당체인 시아닌 등 많은 것이 알려져 있으나 이들은 당의 부착방식에 따라 6군(群) 18클래스로 분류된다. 또 당은 글루코스·갈락토스·람노스·자일로스 등으로 자연계에서는 3자리, 5자리 또는 양쪽의 하이드록시기에 결합되어 있다.

출처-네이버 지식백과