일반화학실험 | 천연색소의 추출과 무기 안료의 합성

 

 

 

TIP

 

 

가. 오늘날 화학의 발달로 합성염료를 대량으로 만들 수 있게 되었지만 19세기 중엽까지의 염료는 오직 식물, 동물, 광물질 등의 천연 원료에서만 얻을 수 있었다. 이러한 염료를 사용한 염색의 경우 대개 색이 선명하지도 않고 물에 의해 쉽게 탈색되기도 해서 색깔을 오래 유지하기 위해서는 매염제를 사용해야 했다. 매염 단계에서는 섬유에 금속 매염액을(일반적으로 알루미늄염, 크롬염, 구리염, 철염, 주석염 등) 처리해주고 염색을 하는데, 이러한 금속 이온들은 섬유와 염료와의 강한 결합을 형성하여 색을 유지시켜 준다.
나. 본 실험에서는 #양파 등의 식물로부터 색을 나타내는 화합물을 추출해내고 이를 이용하여 섬유에 염색을 해본다. 그리고 추출한 염료의 색을 변화, 유지시킬 수 있는 방법을 찾아본다.

 

 

 

우리동요나 가요에는 색깔에 대한 정서가 여러 군데 묻어있다. "봄이 오면 산에 들에 진달래 피네"에도 그렇고 "가을이라 가을 바람 솔솔 불어오니 푸른 잎은 붉은 치마 갈아입고서.."에도 그렇다. 봄이 와도 가을이 와도 천지가 그저 그렇게 아무 변화가 없다면 멋이 없는 세상이라 아니할 수 없다. 우리는 화학 반응이 일어났는가를 알 수 있는 중요한 단서로 색의 변화를 들어왔다. 화학 반응에는 전자가 관여하고 전자 에너지의 전이(electronic transition)는 가시광선이나 자외선 파장에 해당하기 때문에 당연한 일이다.

 

색 ⇦ 화학 반응 ⇦ 전자

 

색은 인류가 화학 반응과 색의 관계를 이해하기 훨씬 전부터 인류를 매료해왔다. 사하라 지역에서 발견된 돌에 그린 선사시대의 그림에는 채색한 옷을 입은 사람들의 모습이 보이고, 터키 지방의 벽화에는 염색한 카페트가 나온다. 최초의 염료는 우연히 산딸기 같은 식물의 즙이 옷에 묻으면 색이 남는 데에서 발견되었을 것이다. 염료를 얻기 어려웠던 고대에는 색깔 있는 옷은 권위와 권력의 상징이었다. 고대 중국에서 천자는 황색의 용포를 입었고, 서양에서는 자주색이 특히 중요시되었다.

 

청색은 대청(大靑, woad)이나 남(藍, 쪽빛, indigo)이라는 식물에서, 노랑색은 석류나 새프런(saffron), 그리고 빨강은 꼭두서니나 이집트에서 나오는 헤나(henna)에서 추출되었다.

 

페니키아인들은 일종의 그 지방 특산 조개류(mollusk)에서 자주색을 얻었는데 1 그램 정도의 염료를 얻으려면 수 천 개의 조개가 필요했기 때문에 자주색 염료의 주요 산지인 Tyre에서는 누구나 조개 썩는 냄새를 맡아야 했지만 자주빛 옷은 귀족만이 입을 수 있었고, 비잔틴 제국에서는 황제의 아들로 태어나는 것은 "born in the purple"로 통했다. 인디고와 티르의 자주색을 제외하고는 염색이 오래가지 않았다.

 

그래서 염료를 옷감에 고정시키는 착색료(mordant)가 중요하게 되었다. 그 중 지금도 봉숭아물을 들이는데 사용되는 명반(alum, potassium aluminum sulfate)이 가장 중요하다. 명반은 기원전 10세기경부터 사용되었는데 중세에는 세계 경제에 중대한 변수로 작용했다. 요즘 세상에 유가가 세계경제를 주름 잡듯이 말이다. 1275년에 제노아(이탈리아)는 비잔틴 제국으로부터 명반 채굴권을 사들여서 1455년까지 매년 8000톤의 명반을 플랜더스(네덜란드)에 팔아 부를 축적했다.

 

1455년에 터키가 명반 생산 지역을 장악하여 유럽에 명반 기근이 불어 닥쳤는데 때 마침 로마 부근에서 대규모의 명반이 발견되어 르네상스 시대에 로마의 부흥을 가져오는데 한 몫을 했으나 로마 교황이 이권을 챙기면서 명반 가격이 급등하였다. 유럽 각국에서는 화학자들의 도움으로 aluminum sulfate를 포함하는 값싼 진흙으로부터 명반을 생산하는 기술이 개발되어 직물산업이 발전되었다.

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실험 방법

실험 1. 천연 색소의 추출

1. 매염 준비

① 200㎖ 비커 두 개를 준비하고, 각각의 비커에 100㎖씩 물을 채운다.

 

② 3g의 Al₂(SO₄)₃·18H₂O와 FeCl₂·nH₂O 1.5g 을 물이 담긴 비커에 따로 넣고, 반드시 표시해 둔다.

 

③ 각각의 금속염이 담긴 비커를 저어주면서 5분 정도 가열한다.

 

④ 준비한 면섬유를 각각의 비커에 두 개씩 넣고 2분 정도 더 가열한다.

 

⑤ 가열을 마치고 비커를 한쪽에 잘 방치해 둔다.

 

2. 염료 추출하기

① 200㎖ 비커 두 개를 준비하고, 각 비커에 100㎖씩 물을 채운 후 가열한다.

 

② 한쪽의 비커에는 소목을 넣고 다른 비커에는 소묵을 작게 잘라서 넣고 5분 정도 가열한다.

 

③ 색이 우려 나오면 건더기를 건져낸다.

 

3. 매염제 없이 염색하기

① 준비한 면섬유 두 개를 흐르는 물에 적셔준다.

 

② (2) 단계에서 추출한 두 염료 추출액 각각에 물에 적신 면섬유 하나씩을 넣고 3분 동안 가열한다.

 

③ 가열 후 집게로 건져낸 면섬유를 흐르는 물에 씻고 종이 타월에 올려놓고 꼭 표시한다.

 

4. 알루미늄 매염제를 이용해서 염색하기

① 비커 두 개를 더 준비한다.

 

② (3) 단계에서 사용한 염액을 각각 반씩 나누어 비커에 담아놓는다. 결국, 같은 색의 염액을 두 개씩 나누어 놓은 것이다.

 

③ (1) 단계에서 Al 금속염액에 담가놓은 면섬유 두 개를 집게로 꺼내어 다른 종류의 염액에 하나씩 넣고 3분 동안 가열한다.

 

④ 가열 후 집게로 건져낸 면섬유를 흐르는 물에 싯고 종이 타월에 올려놓고 꼭 표시한다.

 

5. 철 매염제를 사용해서 염색하기

① (4) 단계에서 사용하지 않은 두 개의 염액이 담긴 비커를 준비한다.

 

② (1) 단계에서 Fe 금속염액에 담가놓은 면섬유 두 개를 집게로 꺼내어 염액이 담긴 비커에 하나씩 넣고 3분 동안 가열한다.

 

③ 가열 후 집게로 건져낸 면섬유를 흐르는 물에 씻고 종이 타월에 올려놓고 꼭 표시한다.

 

6. 탈색이나 변색 유무 확인(산, 염기에 의한)

① 표시해둔 여섯 개의 면섬유의 색깔을 확인하여 기록한다.

 

② 각각의 염색된 면섬유 한쪽 모서리에 아세트산 한두 방울을 떨어뜨린다.

 

③ 반대편 모서리에는 NaHCO₃(0.2g/10㎖) 수용액을 한두 방울 떨어뜨린다.

 

④ 흐르는 물에 씻어준 후 물기를 제거하고 변화가 있는지 살펴본다.

 

실험 2. 무기안료의 합성

1) 두 개의 시험관에 더운 물을 반 정도 채운 뒤 아래 표의 A와 B를 각각 넣어서 녹인 후에 두 용액을 100㎖

 

2) 비커에 넣어서 섞으면 침전이 만들어진다.

 

3) 뷰흐너 깔대기를 이용하여 침전을 걸러서 말린다.

 

4) 100㎖ 비이커에 소량의 카세인을 넣고 물을 넣어서 걸쭉한 반죽을 만든다.

 

5) 카세인과 같은 양의 색소를 넣고 잘 저어준다.

 

 

[일반화학실험]천연색소의 추출과 무기 안료의 합성 레포트