일반화학실험 | 비누화 반응

 

 

 

TIP

 

 

우리 생활 주변에서 흔히 볼 수 있는 원료로부터 비누를 제조해 봄으로써 에스테르의 가수분해와 비누화 반응을 이해한다

 

 

 

액체 상태의 화합물들이 서로 잘 섞이는가를 결정하는 가장 중요한 특성은 분자의 극성이다. 양전하를 가진 원자핵의 주위에 구름처럼 분포하고 있는 전자를 가지고 있는 분자에서는 원자핵의 종류와 상대적인 위치에 따라서 전자의 분포가 분자의 한 쪽으로 치우쳐 있는 경우가 있다.

 

물 분자의 경우에는 2개의 수소 원자가 산소 원자의 양쪽에 104.5℃ 의 각도로 결합하고 있어서, 전자를 잘 잡아당기는 성질을 가진 산소 원자 주위에 전자의 분포가 집중되어 있다. 따라서 물 분자는 산소 원자 부근의 약간의 음전하를 나타내고 수소 원자 부근은 약간의 양전하를 나타내는 극성 분자이다. 이와는 달리 메탄의 경우에는 탄소 원자를 중심으로 4개의 수소 원자가 구형 대칭에 가깝게 위치하기 때문에 전자의 분포도 구형에 가깝게 대칭적인 무극성 분자이다.

 

일반적으로 액체 상태에서 극성 분자는 극성 분자들과 잘 섞이고, 무극성 분자는 무극성 분자들과 잘 섞인다. 그렇기 때문에 극성 분자인 물에는 무극성의 성질인 유기 분자들이 잘 녹지 않는다. 유기 물질인 기름이 물에 잘 녹지 않는 것이 바로 그런 예이다.

 

여러 개의 탄소 원자들이 사슬 모양으로 연결된 탄화수소도 무극성의 특성을 가지고 있어서 물에 잘 녹지 않기 때문에 소수성 분자라고 한다. 그러나 소수성의 탄화수소 끝에 결합된 카복실기(-COO-)는 물 분자와 잘 섞이는 친수성을 나타낸다. 이처럼 소수성과 친수성의 특성을 가진 원자단을 모두 가지고 있는 분자를 이용하면 무극성으로 물에 잘 녹지 않는 기름과 같은 유기 물질을 물에 녹일 수 있다. 소수성의 탄화수소 사슬이 무극성의 유기 분자 쪽을 향하면서 유기 분자를 둘러싸게 되면 분자의 친수성 부분이 극성의 물 쪽에 노출되어서 전체적으로는 커다란 극성 분자처럼 보이는 에멀젼이 되기 때문이다. 이런 특성을 가진 물질을 “계면 활성제” 또는 유화제라고 부르며, 비누와 합성 세제가 대표적인 계면활성제이다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 유지 20g, 올리브유 2 g을 비커에 넣고 잘 저은 뒤 40～60℃ 사이에서 가열한다.

 

2) 비커에 에탄올 6 ㎖를 넣고 저은 뒤, 포화 NaOH 용액 6 ㎖를 조금씩 나눠 넣고 저으면서 일정한 온도를 유지하도록 계속 가열한다.

 

3) 다시 포화 NaOH 용액 2 ㎖를 넣어주면서 용액이 투명해질 때까지 약 20분 동안 저어주면서 가열한다.

 

4) 비누화 반응이 완결되었는지 다음의 방법으로 확인한다.

① 손끝으로 문질러보면서 미끈한지 확인한다.

② 나무젓가락 끝으로 들어 올리면 끈기가 있고, 투명하고 균일한 풀 모양의 용액이 된다.

③ 손에 묻힐 때 기름기나 물방울이 느껴지지 않는다.

④ 용액 자체가 반투명이고 거품이 있는 상태로, 소량의 알코올을 넣으면 완전히 녹는다.

 

5) 비누화 반응이 끝난 용액에 포화 NaCl 용액 3 ㎖를 여러번에 나누어 넣고, 그 때마다 5～6분씩 가열한다.

 

6) 향료나 염료를 첨가할 수 있고, 단단한 종이를 만든 틀에 부어 건조한다.

 

 

 

[일반화학실험]비누화 반응 레포트