서울시가 주최했던 서울학생탐구발표대회에 제출된 과학탐구보고서 중
대상을 받은 작품입니다.
모범이 되는 보고서니까 참고하시기 바랍니다.
- /중/숙/공/자/ 지오민스
색깔에 따른 지시약의 반응
안천중학교
3학년 방신영, 신혜진
Ⅰ. 연구 동기
이번 1학기 물상 교과서에서 산과 염기의 성질과 지시약 등의 내용을 배웠다. 페놀프탈레인 등의 화학 지시약 등과 같이 천연 식물즙도 지시약으로 쓸 수 있다는 것을 알았는데 어던 식물이 지시약으로 쓸 수 있을까? 또 어떤 색소 때문에 지시약으로 쓸 수 있는 걸까? 또 여러 식물의 PH 농도는 어떻게 될까? PH 농도도 산과 염기와 반응하는데 영향을 미치는 것일까? 등을 알아보기로 하였다.
Ⅱ. 탐구 기간
1997년 8월 1일부터 8월 23일
Ⅲ. 알아 볼 점
1. 여러 식물 즙의 PH 농도와 색깔에 따른 산과 염기에서의 변화
2. 여러 가지 색소에서 산과 염기와 반응하는 색소
3. PH 농도와 산, 염기 반응과의 관계
Ⅳ. 탐구 방법
1. 재료(색소 부분: 꽃의 경우 꽃잎, 채소나 과일의 경우 껍질)를 5g정도 준비
2. 색소를 우려내는 방법에는 여러 가지가 있는데 그 중에 물을 넣고 가열하기, 에탄올 중탕 가열하기를 택하였다.
3. 용액의 이름과 색깔 등을 적어 뚜껑 막고 보관
4. 거름 종이로 지시판을 만듬.
5. PH 농도 시험 용지를 사용해서 농도를 측정 후 식초(아세트산)와 탄산수소나트륨 수용액을 이용해 변화 살핌.
6. 여러 자료를 조사 수집 후 정리, 요약, 분석한다.
1. 여러 식물 즙의 PH농도[()는 각 계열의 총 개수]
가. PH 농도 측정표
과일 및 채소
색깔
이름
농도
이름
농도
이름
농도
이름
농도
붉은 계열(12)
토마토
구기자
강낭콩
4
4
6
오미자
팥
천도복숭아
2
4
4
붉은 피망
자두
빨간 고추
4
4
4
고구마
대추
밤
6
6
6
노란 계열
참외
6
노란 낙엽
7
치자
3
(3)
주황 계열
당근
7
오렌지
4
귤
4
(3)
흰색 계열
무
4
양파
4
양배추
3
(3)
보라 계열
보라 양배추
4
가지
5
포도
3
(3)
파란 계열
솔잎
파
수박
쑥갓
5
4
4
6
푸른 고수
호박
푸른 피망
푸른 사과
4
6
4
4
청포도
오이
시금치
키위
3
4
7
3
깻잎
미나리
부추
은행잎
7
5
6
9
검은 계열
갈매
8
검은 콩
4
(2)
꽃
색깔
이름
농도
이름
농도
이름
농도
이름
농도
붉은 계열(25)
맨드라미
자주코스모스
나팔꽃
빨간 장미
자주 무궁화
다홍 봉숭아
과꽃
6
7
7
6
7
6
5
촛불맨드라미
빨간카네이션
분홍 장미
분홍무궁화
다홍거베라
접시꽃
7
6
7
8
5
7
사루비아
달맞이꽃
백일홍
할미꽃
페추니아
빨간 채송화
7
6
6
6
7
6
자주국화
다알리아
분꽃
분홍채송화
소국
빨간봉숭아
6
6
5
6
5
5
노란 계열(6)
해바라기
호박꽃
8
8
노란 장미
노란 국화
6
6
노란 채송화
6
노란금송화
5
주황 계열(1)
주광금송화
5
흰색 계열(7)
흰장미
희거베라
연보라무궁화
5
6
8
흰무궁화
크로바꽃
보라천일홍
8
7
8
도라지꽃
백합
닭의 장풀
7
7
7
수국
달개비
6
8
나. 결과 정리(PH 농도 분포)
1) 전체적인 PH 농도의 분포는 2 이상∼9이하였으며 6이 제일 많고 그 다음이 4, 세 번째가 7의 순이였다. 즉 염기성보다는 산성이나 중성을 띠는 경우가 많았다.
2) 꽃과 채소 및 과일을 분류하여 나눈 PH 농도의 분포는 "꽃: 5이상∼8이하, 채소: 2이상∼9이하" 로 꽃은 중성에서 약산이나 약 염기 정도로 분포 범위가 비교적 적었던 것에 반해, 과일 및 채소는 비교적 넓은 범위로 염기와 강산을 띠고 있었다. 또 꽃의 PH 농도는 6이 제일 많고 7이 그 다음이였으나 과일 및 채소는 4가 50% 가까이 차지하여 압도적으로 많았다.
3) 색깔에 따른 PH 농도는 분산되어 있지만 같은 꽃인 경우 색깔이 달라도 PH 농도가 비슷한 것으로 보아 PH 농도는 색깔 즉 색소의 영향보다는 각각의 특성에 더 많은 영향을 받는 것으로 보인다.
(예: 같은 붉은 색인 경우 빨간 봉숭아는 5, 빨간 채송화 6이지만, 빨간 채송화와 같은 종류인 분홍 채송화의 경우는 6, 노란채송화의 경우도 6이었다)
2. 색깔에 따른 산에서의 변화
가. 색깔에 따른 아세트산에서의 변화<()은 총 개수>
나. 결과 분석
1) 전반적으로 산성에서는 붉은 색 계열로 많이 변했고, 그 다음 진해지기만 한 것도 있고, 보라색이나 녹색도 아주 조금씩 있었다.
2) 자연 상태에서 붉은 색 계열이나 보라색 계열들이 변화가 많은 것으로 보아 붉은 색 계열의 것들이 산성에서 잘 반응한다는 것을 알았다. 또 엽록수만 있어 녹색인 채소 및 과일들은 아주 조금 진해진 것만 몇 개 있을 뿐 대부분 변화가 없었다.
3. 염기에 의한 변화
가. 색깔에 따른 탄산수소나트륨 수용액에서의 변화<()는 총 개수>
나. 결과 분석
1) 연두나 파랑 계열로 가장 많이 변화 하였고 그 외에도 녹색으로 변하거나 짙어지는 것이 있었다.
2) 산에서의 변화와 마찬가지로 자연 상태에서 붉은 색이나 보라색 계열인 것이 변화가 뚜렷하였고 반응을 잘 하였다. 또 역시 엽록소만 들어있는 녹색 채소 및 과일은 거의 반응이 없었다.
4. PH농도에 따른 산과 염기에서의 반응 분류
PH 농도와의 관계를 알아보기 위하여 PH 농도 분포에 따라 얼마나 반응하였는지 알아보았다. 아래의 백분율은 PH농도 그 계급의 총 도수에 대한 비율이다. 단 소수 둘째 자리에서 반올림했다.(예: PH 농도가 3인 곳에서 전체 PH 농도가 3인 것이 5개이고 변화가 없는 것이 3개일 때 그 곳의 백분율은 3/5×100)그리고 반응한 것에는 진하게 된 것도 포함했다.
가. 분포표
PH 농도
산과 염기 둘 다 반응
둘 중 하나만 반응
둘 다 반응하지 않음
개수(개)
백분율(%)
개수(개)
백분율(%)
개수(개)
백분율(%)
2
1
100
0
0
0
0
3
1
20
1
20
3
60
4
5
26.3
5
26.3
9
47.4
5
4
36.4
5
45.5
2
18.2
6
14
58.3
7
29.2
3
12.5
7
10
62.5
4
25
2
12.5
8
6
75
1
12.5
1
12.5
9
0
0
0
0
1
100
나. 결과 해석
하나씩 밖에 없었던 2,9를 제외하고 살펴보니까 이상하게 중성을 가까울 때 둘다 변화가 일어난 것이 많았다. 그리고 둘 다 변화가 없는 것이 중성을 전후로 줄었다. 이것으로 보아 식물의 PH 농도는 산과 반응 하는데 크게는 아니어도 어느 정도 영향을 끼치고 있으며 중성을 전후로 한 것이 지시약으로 쓰기에 적합하다는 것을 알았다.
5. 식물의 색소
가. 지시약으로 쓰기 좋은 식물에 들어 있는 색소(이 부분은 도서관에서 수집한 자료를 활용했다)
1) 붉은 색, 보라색 계열의 꽃, 채소, 과일 등이 변화가 뚜렷하고 반응이 잘 일어났던 까닭은?
반응이 잘 일어났던 것들에는 안토시안이라는 색소가 들어 있기 때문이다.
2) 안토시안
식물의 꽃, 잎 열매 등에 존재하며 적색, 청색, 흑자색 등의 고운 빛깔을 나타내는 색소, 화청소라고도 한다. 플라보노이드 색소군에 포함된다.
<성질>
가) 물에 녹는다.
나) 산성과 염기성에서 다음과 같이 반응한다.
산성
중성
약염기
적색
보라색
청색
이 성질 때문에 같은 색을 나타내는 카로티노이드 색소나 베타레인 색소와 쉽게 구별된다.
그래서 같은 색깔을 띰에도 불구하고 변하지 않은 것들은 안토시안 대신 카로티노이드색소나 베타레인 색소를 가지고 있을 것이라고 추측된다.
3) 크산토필, 카로틴
황색이나 갈색의 꽃에는 크산토필이나 카로틴이라는 색소가 들어 있는데 이 색소는 산성이나 염기성 용액에서 색깔이 변하지 않는다.
; 노란 계열의 꽃들이 큰 변화 없이 약간 진해지거나 변화가 없던 이유
Ⅴ. 탐구 결론
1. PH 농도는 6이 가장 많고 채소나 과일이 꽃잎보다 강한 산성이나 염기성을 띤다.
2. 색깔에 따른 PH 농도는 분산되어 있지만 같은 꽃인 경우 색깔이 달라도 PH 농도가 비슷한 것으로 보아 PH 농도는 색깔 즉 색소의 영향보다는 각각의 특성에 더 많은 영향을 받는 것으로 보인다.
3. 엽록소만 많은 녹색류의 식물은 지시약으로 쓸 수 없다.
4. 안토시안이 많이 들어 있는 붉은 색 류의 꽃이나 과일 채소 등이 지시약으로 적합하고 PH 농도는 중성을 전후로 한 것이 변화가 더 잘 나타난다.(갈매, 보라색, 양배추 등이 가장 변화가 잘 나타남)
5. 대부분 산성에서는 붉은 색 계열로 염기성에서는 푸른색 계열로 많이 변하였다.
6. 그리고 산과의 반응보다는 염기와의 반응이 더 많이 일어났는데 아마도 대부분 염기보다는 산성이나 중성을 띠고 있는 것이 많아서라고 추측된다.
7. 붉은 색 계열의 식물이 산과 염기와 잘 반응하는 이유는 그 안에 들어 있는 색소인 안토시안의 성질 때문이고 같은 계열의 꽃이라도 변하지 않는 경우는 안토시안과 비슷한 색을 띤 카로티노이드나 베타레인 색소가 안토시안 대신 들어 있기 때문이다.
8. 노란 계열의 꽃들이 변화나 없었던 이유는 그 안에 들어 있는 색소인 크산토필이나 카로틴의 성질 때문이다.
Ⅵ. 추가 실험
보고서를 제출 후 우리는 더 알고 싶은 것이 있어서 몇가지 실험을 해 보았다. PH농도 별로 3-11까지의 용액을 만들어서 각각 식물 즙으로 만든 지시판과 반응을 시켜 보았다. PH 농도에 따라 색깔이 조금 다르거나 색깔이 연해지거나 짙어진 것이 있었다. 이것은 아마도 보통 알고 있는 페놀프탈레인 등도 변색 영역이 있는데 식물 즙도 변색 영역이 있는 것 같다. 그 예로 염기와는 반응을 했지만 산과는 반응을 하지 않는 것이 있는데 이것도 변색 영역때문이라고 추측된다.
Ⅶ. 더 알고 싶은 점
색소의 성질을 좀 더 자세히 알아보고 싶고, PH 농도 시험지 만큼 자세히 산과 염기의 등급을 나눌 수 있는 지시약에 대해서도 알아보고 싶고 천연 지시약의 변색 영역에 대해서도 자세히 알고 싶다.
식물 즙의 성질에 대하여도 좀 더 탐구해 보고 싶다.
Ⅷ. 실험을 마치면서
먼저 실험 재료로 쓸 꽃을 구할 샔의 일이 생각난다. 꽃만 보면 눈치를 보며 무저건 따려 했고, 남대문 꽃시장에서 꽃을 샀던 일 하며, 기타 등등. 색깔이 곱게 변하는 것을 보면서 점차 흥미가 더해가며 신기하다고 느꼈다. 그런데 그 용액을 잘 보관하지 못한게 아쉽다. 처음 실험은 집에서 했으므로 실험 재료와 결과를 보관할 만한 병이 절대적으로 부족했기 때문이었다. 하지만 매우 뿌듯하다. 이렇게 실험을 하고 정리하고 나서 뭔가 해냈다는 느낌이 참 맘에 든다.