■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	애플바디샴푸			실험 원리	비누의 원리와 액성
실험 시간	30분~40분	실험 분야	화학, 생활	실험 방법	4인 1조, 조별 실험
세트구성물	에코검, 글리세린, LES, 애플그린, CDA, 올리브리퀴드, 구연산, 애플향 오일, 전용색소, 투명컵, 나무스틱, 샴푸용기, 원형라벨 ** 제품의 색소와 향 오일은 임의로 구성되어 있습니다.
교사준비물	정제수, pH테스트지			학생준비물
실험 결과	애플바디샴푸(약 20ml) 1개를 만들어가지고 갑니다.
실험팁	** 가열하는 과정이 없습니다. TIP 1. 에코검은 물에 쉽게 녹지 않습니다. 끈기를 가지고 잘 섞도록 지도바랍니다. TIP 2. 구연산수용액을 한 번에 많이 넣으면 액성이 많이 바뀌니 몇방울씩 넣어가며 pH를 측정하다가 pH 5.5 정도의 약산성이 되는 시점에 멈추면 됩니다. TIP 3. 저학년의 경우 바디샴푸를 용기에 넣을 때 밖으로 흐를 수 있으니 깔때기를 준비하시면 쉽게 넣을 수 있습니다. TIP 4. 거품을 낼 때 물을 충분히 묻히지 않으면 거품이 잘 안납니다. 바디샴푸에 물을 많이 섞어 손을 씻도록 지도해주세요. TIP 5. 화학 보존제를 사용하지 않은 제품이므로 만든 후에는 빠른 시일(1~2주)이내에 사용할 수 있도록 지도하여 주세요. TIP 6.원형 라벨에 만든 날짜와 제품명을 반드시 적어 상하기 전에 사용할 수 있도록 또한 내용물을 실수로 먹는 일이 일어나지 않도록 예방합니다. TIP 7. 정제수는 약국에서 구입할 수 있습니다. (1L : 1000원~1500원) 정제수 구입이 어려운 경우에는 정수기 물을 끓였다가 식혀서 사용합니다. (멸균과정이 필요합니다)

pH [출처] 네이버 백과사전

용액의 수소이온지수 즉, 수소이온농도를 지수로 나타낸 것이다.

pH는 용액의 산성도를 가늠하는 척도로서 수소이온농도의 역수에 상용로그를 취한 값이다. 또는 수소이온농도의 상용로그 값에 마이너스를 붙여서 구할 수도 있다.

pH = log10(1/[H+])= -log10[H+]

일반적으로 용액의 수소이온농도는 매우 작은 값이기 때문에 다루기가 불편하다. 따라서 pH라는 지수를 도입해 간단한 숫자로 용액의 산성도를 나타낸다. pH시험지나 pH meter를 이용해 간단하게 측정할 수 있다.

물은 자동이온화과정을 통해 1.0×10-7M(몰농도)의 수소이온과 1.0×10-7M의 수산화이온을 만든다. 그래서 중성인 물의 pH는 -log10(1.0×10-7) = 7 이다. 용액 속에 수소이온이 많을수록 작은 값의 pH를 갖고, 수소이온이 적을수록 큰 pH값을 갖는다. 순수한 물의 pH인 7을 기준으로 pH 값이 7보다 작은 용액은 산성용액, 7보다 큰 용액을 염기성용액이라 한다.

산성용액의 pH 구하기

2L의 물에 0.02몰의 HCl(염화수소)을 녹인 용액의 pH를 구해보자. 이 용액의 농도는 0.02몰/2L = 0.01몰/L = 0.01M(몰농도)이다. HCl은 물에 녹아 거의 100% 이온화하므로 0.01M의 HCl이 0.01M의 수소이온(H+)과 0.01M의 염화이온(Cl-)을 만든다. 따라서 HCl수용액의 수소이온농도 [H+]는 1.0×10-2M이 된다. 따라서 이 용액의 pH는 pH = -log10[H+] = -log10(1.0×10-2) = 2가 된다. 이 용액은 순수한 물이 가진 것보다 105배 많은 수소이온을 가지고 있는 강한 산성용액이다.

좀더 정확하게 말하면, HCl수용액 속에는 HCl의 이온화에 의해 만들어진 0.01M의 수소이온 H+와 물의 자동이온화에 의해 만들어진 1.0 × 10-7M의 수소이온 H+가 모두 존재한다. 따라서 총 0.0100001M의 수소이온이 존재하게 된다. 그러나 물의 자동이온화에 의해 만들어진 수소이온이 HCl의 이온화에 의해 만들어진 수소이온에 비해 그 수가 매우 작기 때문에 pH를 결정하는 데에 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서 강한 산성용액의 pH를 계산할 때는 물의 자동이온화에 의해 만들어진 수소이온을 고려하지 않아도 된다.

[일상생활에서 볼 수 있는 용액들의 pH 값]

건전지에 이용되는 산 0.1~0.3                        마시는 물 6.3~6.6

위액 1.0~3.0                                        순수한 물 7.0

식초 2.4~3.4                                        바닷물 7.8~8.3

탄산음료 2.5~3.5                                    암모니아수 10.6~11.6

재배토 6.0~7.0                                      세제 14

[우리 몸의 pH값]

모발 5~6                                            얼굴피부 4.5~6.5

계면활성제 [界面活性劑, surfactant]

묽은 용액 속에서 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시키는 물질이다. 보통 1분자 속에 친유기와 친수기가 함께 들어 있는 양쪽 친매성(親媒性)인 물질은 계면활성제가 될 수 있다.

표면활성제라고도 한다. 비누는 그 대표적인 것으로, 비눗물의 표면장력은 물에 비하여 훨씬 작다. 이것은 비누가 물의 표면에 모여 표면을 되도록 넓게 하려고 하기 때문인 것으로 알려져 있다. 비누가 물의 표면에 잘 모이는 성질은, 비누의 분자(예를 들면, 스테아르산나트륨) 속에 긴 사슬 모양의 알킬기(基)와 같은 친유성(親油性)의 기와 카복시기와 같은 친수성의 기가 들어 있어, 친유성의 기는 물의 반발을 받아 표면으로 가기 때문에 생긴다.

계면활성제 중 수용액에서 이온화하여 활성제의 주체가 음이온이 되는 것을 음이온 계면활성제라고 하는데, 비누·알킬벤젠설폰산염 등이 이에 속한다. 또 이온화하여 양이온이 되는 것을 양이온 계면활성제라 하는데, 고급아민할로젠화물·제사암모늄염·알킬피리디늄염 등이 이에 속한다. 또한 양쪽이 다 되는 것을 양쪽성 계면활성제라고 하는데, 여기에는 아미노산 등이 속한다.

한편, 전리하지 않는 것을 비(非)이온 계면활성제라 하여 구별하기도 하는데, 여기에는 폴리에틸렌글리콜류 등이 속한다. 계면활성제는 일반적으로 세척력·에멀션화력·분산력·삼투력·기포력(起泡力) 등을 지니고 있어, 각기 그 특성에 따라 세척제·섬유처리제·에멀션화제·부유선광제(浮遊選鑛劑)·시멘트용 기포제·윤활유 첨가제·살균제·도료분산제(塗料分散劑) 등으로 널리 이용되고 있다.

음이온계면활성제 [陰─界面活性劑, anionic surfactant] [출처] 네이버 백과사전

물 속에서 이온화한 음이온 부분이 일반적으로 세정작용이 강하여 계면활성작용을 나타내는 물질이다. 아니온계면활성제라고도 한다. 세척제로써 다량으로 사용되며 거품을 일게 하는 작용도 한다. 비누(RCOONa:R는 친유기)는 옛날부터 사용되어온 음이온 계면활성제이다.

비이온계면활성제 [非─界面活性劑, nonionic surfactant]  [출처] 네이버 백과사전

물에 이온화되지 않고 용해되는 계면활성제로, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 같은 소수성(疏水性) 단위체와 친수성(親水性) 단위체와의 블록중합 또는 그래프트중합에 의하여 합성된 고분자 활성제가 해당된다. 분산제 등 여러 방면에 사용된다.

비이온활성제 또는 비이온표면활성제라고도 한다. 폴리옥시에틸렌알킬에테르·폴리옥시에틸렌지방산에스터·폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르·소비탄지방산에스터·폴리옥시에틸렌소비탄지방산에스·자당지방산에스터 등의 소수성(疏水性) 단위체와 친수성(親水性) 단위체와의 블록중합 또는 그래프트중합에 의하여 합성된 고분자 활성제도 비이온 계면활성제이다. 분산제·에멀션제[乳化劑]·세정제·염색조제(染色助劑) 등 다방면에 걸친 용도가 있다.