베이킹소다와 식초로 이산화탄소 만들기

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아이가 할 수 있는 첫 화학실험으로 가장 많이 다루어지는 것이 베이킹소다와 식초의 반응이다. 무엇보다 재료가 안전하고 재밌기 때문이다.

이 둘을 혼합하면 하얀 거품이 격렬하게 발생한다. 그래서 이를 이용한 여러가지 놀이들이 알려져 있다. 이 거품의 정체는 바로 이산화탄소이다.

그렇다면 베이킹소다와 식초가 만나서 이산화탄소가 발생하는 화학적인 메카니즘은 어떻게 되는걸까?

일반적으로 베이킹소다(baking soda)라고 부르는 흰색 가루는 과학적 명칭이 중탄산나트륨이며 화학식은 NaHCO₃이다.  식초는 아세트산(acetic acid, 초산)을 물에 희석한 것으로 화학식은 CH₃COOH로 표기한다.

중탄산나트륨이나 아세트산은 물에 녹아 이온화되는 전해질이다. 그래서 아래 식의 두번째 처럼 Na와 H가 양의 이온으로 변하여 화학반응을 촉발하게 된다. 아세트산에서 분리된 H와 중탄산염(bicarbonate ion, HCO₃^-)이 만나 탄산(carbonic acid, H₂CO₃)이 생성되며, Na는 아세트 이온(acetate ion, CH₃COO^-)과 만나 아세트산 나트륨(CH₃COONa)이 된다. 마지막으로 탄산은 불안정하기 때문에 이내 물과 이산화탄소로 쪼개어져 기포가 발생하게 된다.

NaHCO₃ + CH₃COOH ==> Na⁺ + HCO₃^-  +  H⁺ + CH₃COO^-  ==>  
    CH₃COONa + H₂CO₃ ==> CH₃COONa + H₂O + CO₂

여기서 말하는 탄산은 탄산음료의 그것이 맞다. 위 식을 정리하면 다음 그림과 같다.



다소 어렵게 느껴질 수도 있겠지만, 아이에게 설명할 때는 각 원소를 나타내는 블럭을 배치하고 블럭을 이동시켜 모양을 만드는 식으로 설명해주면 좋다. 이렇게 하면 뭔가 복잡한 것을 풀어 보았다는 성취감도 들고, 화학에 재미도 붙일 수 있다.

베이킹 소다는 만능?

베이킹 소다는 정말 쓰임새가 많다. 그 명칭이 의미하듯 원래는 빵을 만드는데 쓰였다. 앞서 언급했듯이 베이킹 소다는 산성 물질과 만나면 격렬하게 반응하여 이산화탄소를 만든다. 빵 반죽을 할 때 베이킹 소다를 넣고 레몬쥬스나 요구르트 같은 산성 물질을 넣으면 반죽 안에서 기체가 발생해 반죽 전체적으로 구멍이 생기게 된다.

이런 원리로 빵의 스폰지 같은 질감과 부드러운 식감을 만들어낼 수 있다.

From Wikipedia - Bread

그런데 요즘은 베이킹 소다를 제빵이 아니라 다른 용도로 더 많이 쓰는 것 같다. 베이킹 소다는 싱크대나 변기의 묵은 때를 지우는데 효과적이며, 은수저의 검은 녹을 제거하는 데도 탁월하다. 치아를 미백하는 효과도 있으며, 빨래를 할 때도 첨가하면 좋다고 한다.

게다가 베이킹 소다는 제산제의 주 재료이기도 하다. 앞서 보았듯이 산과 반응하여 중화시키는 기능이 있기 때문에 위산과다로 고생할 때 먹는 약에 포함되어 있다. 심지어 그냥 베이킹 소다를 약처럼 먹는 사람도 있다.

한편 <베이킹 소다>와 <베이킹 파우더>를 헷갈리는 경우가 많다. 베이킹 파우더는 베이킹 소다에 타르타트 크림과 전분 등의 첨가물이 들어간 것이다. 빵 반죽을 부풀리는데 더 특화된 것으로 실험하는 입장에서 보면 불순물이 많이 들어간 것이다.  그러므로 이 실험을 할 때는 베이킹 파우더가 아니라 꼭 베이킹 소다를 준비해야 한다.

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이 글은 아이와 함께 즐기는 과학 실험을 소개하는 <아이와 함께 하는 부엌 실험실>의 보충 자료입니다.