3.�츮 �ֺ��� ��� ���� 산성, 중성 및 염기성이 무엇이기에 우리 몸의 건강과 연관을 시키는 걸일까. 또 이들의 특성은 무엇이며, 우리의 생활에 어떻게 이용되고 있을까? 물질을 산성, 중성 및 염기성으로 나누는 기준은 그 속에 녹아 있는 수소이온의 농도지수를 말한다. 수소이온 농도지수를 기호로 나타내면 pH라고 하며, ‘페하’로 읽는다. 이는 0에서 14의 범위로 표시하는데, 중성인 7을 기준으로 이보다 수치가 낮으면 산성, 높으면 염기성이라고 한다. 염기성과 알칼리성은 혼용하여 사용하나 알칼리성은 특히 물에 잘 녹는 염기의 성질을 말한다. 산성 물질은 신맛이 나고, 알칼리성 물질은 쓴맛이 난다. 알칼리성 물질은 손에 닿으면 미끈거리는데, 이는 단백질을 녹이는 성질을 가지고 있기 때문이다. 건강한 몸의 pH는 7.35~7.45로 약알칼리성이지만, 7.0~8.0 정도이면 살아가는 데 큰 문제는 없다. 앞의 주장처럼 산성 음식을 먹으면 pH가 낮아져 몸에 나쁜 영향을 주고, 알칼리성 음식을 먹으면 pH가 높아져 몸에 좋은 영향만 주는 것일까. 우리 몸은 외부 환경의 변화에 따라 일정한 값을 유지하려는 성질을 가진다. 이런 성질을 항상성이라고 하는데, 체온은 36.5℃, 체액의 소금 농도는 0.9%, 혈액 속 포도당 농도는 0.1% 등으로 유지하려는 조절 작용이 쉼 없이 일어난다. 그리고 산성 음식을 많이 섭취하면, 신장에서는 오줌을, 폐에서는 이산화탄소를 내보내어 체액의 pH를 적절하게 높인다. 산성과 염기성은 우리가 먹는 음식뿐만 아니라 일상생활에서 이용되는 여러 가지 물품에도 그 원리가 적용되고 있다. 오렌지와 레몬을 포함한 여러 과일 음료수에는 천연적인 유기산인 시트르산이나 타르타르산이 들어 있어 신맛이 난다. 인위적으로 만든 식초, 사이다, 이온음료 등도 산성 물품들이며, 이들 중 주로 조미료로 이용되는 식초는 물감, 의약품, 인조섬유를 만드는 데 이용된다. 산성 물질들은 이름의 끝에 공통적으로 ‘산’이 들어가며, 이는 라틴어로 ‘시다’를 의미한다. 서양에서 비누가 들어오기 전 우리 선조들은 짚이나 콩깍지를 태우고 남은 재를 이용하여 잿물을 만들어 사용하였다. 이 속에는 여러 종류의 염기성 물질이 들어 있어 옷에 묻어 있는 기름이나 단백질의 때를 녹이는 성질이 있어 빨래에 이용하였다. 지금도 동남아 일부 지역에서는 머리를 감을 때, 강가에서 볏짚을 태워 그 재를 이용하여 머리를 감는다. 이처럼 염기성을 이용하여 사용하는 물질에는 세정제, 샴푸, 소주, 비누, 표백제 등이 있다. 알칼리에서 ‘알’은 물질을, ‘칼리’는 재를 뜻하여 즉 잿물을 의미한다. 우리 몸에서 음식물을 분해하여 필요한 영양소를 얻는 과정도 소화기관에 따른 pH값의 차이에 도움을 받고 있다. 입에서 분비되는 침은 중성을, 위에서 분비되는 위액은 강산성을, 음식물이 최종 분해되어 몸 안으로 흡수되는 소장은 약염기성의 성질을 가진다. 항상성 유지를 위한 우리 몸의 조절처럼, 산과 염기에 의한 중화반응의 원리는 일상생활에 이용되고 있다. 벌에 쏘였을 때 암모니아수를, 머리를 헹굴 때 식초를, 생선회에 레몬즙을, 산성 토양에 생석회를, 위에서 계속 신트림이 날 때 제산제를, 김치볶음밥을 만들 때 김치에 소다를 뿌리는 것 등은 중화반응의 대표적인 보기들이다. 앞에서 살펴본 것처럼 과학은 생활 그 자체이다. 과학은 개념으로 이루어진 학문이라 딱딱하고 이해가 어려운 과목이지만, 우리가 사용하는 생활필수품을 꼼꼼히 살펴보면 그 자체가 과학임을 알 수 있다. 이처럼 과학은 저 멀리 있는 것이 아니다. 지금 사용하는 물건의 과학적인 원리를 생각하는 시간을 가져보자. 매실은 매화나무의 열매로, 5월 말에서 6월 중순에 초록색으로 익는다. 매실의 과육은 약 85%가 수분이며 당질이 10%이다. 매실에는 말산·시트르산·숙신산·타르타르산 등의 유기산이 함유되어 있다. 또 칼슘·인·칼륨 등 무기질과 카로틴도 소량 들어 있다.매실은 피로회복에 좋고, 입맛을 돋우는 효과가 있다. 해독작용과 살균작용이 있어 식중독을 예방·치료한다. 또 정장작용이 뛰어나 설사·변비를 치료하는 데 사용된다.
나. 유자차 유자의 성질은 서늘하면서 맛은 달고 시다. 방향성 건위효과가 있어서 소화불량, 구역질이 날 때, 밥맛이 없을 때 사용하면 효과적이다. 또 가래를 삭이고 기침을 그치게 하는 데도 좋다. 특히 서늘한 성질 때문에 가슴을 시원하게 하며, 술독을 풀어 준다. 유자속에 당분은 약 2-5%로 비교적 적은 데 비해, 유기산은 6.2%로 많기 때문에 생것으로 먹을 수가 없다. 유자를 많이 먹으면 간의 기운을 상하게 할 수도 있다.
다. 사이다 사이다의 톡쏘는 맛은 이산화탄소 때문이다. 이산화탄소는 물에 약간 녹아(0℃, 대기압에서 물의 부피당 1.79 정도가 녹고, 압력을 높이면 더 많은 양이 물에 녹음) 약산성을 띠며, 이 용액은 이염기산인 탄산(H2CO3)을 함유한다. 물에 잘 녹으며, 물 1L에 대하여 0℃에서 1.71L, 20℃에서 0.88L, 40℃에서 0.53L 녹는다. 물에 녹은 것을 탄산이라고 한다. 물 속에서는 일부 해리하여 산성을 띤다. CO2 + H2O ⇄ HCO3- + H+ HCO3- + H2O ⇄ CO32- + 2H+ + OH- 이 해리 과정은 분자가 원자들로 분해하여 용매 속으로 녹아들어가는 걸로 이해할 수 있다
라. 요구르트 비교적 산이 많고 상쾌한 풍미가 있는 식품이다. 원료유로는 우유 외에 염소젖 ·면양유가 쓰이는데, 소화가 잘 되고 정장효과가 있다. 본래 요구르트는 발칸 지방·중동, 특히 동부 지중해연안 제국에서 제조·음용되었다. 러시아의 세균학자 메치니코프가 발칸 지방에 장수자가 많은 것은 요구르트를 상용하기 때문이라고 주장하고, 요구르트를 마시면 젖산균이 장내에서 독소를 생성하는 유해균을 억압하고, 이 때문에 부패성분의 발생 ·흡수를 억제한다고 하여 제조와 음용이 전 세계적으로 보급되었다.
마. 식초 초의 주성분으로 초산을 들 수 있다. 이것은 초의 산미의 주체가 되는 물질로 무색투명하며 자극적인 냄새를 갖는 유기산이다. 초산은 주류의 초산발효에 의해 얻어지기도 하지만 천연 향기 성분인 에스텔로 과실류에 함유되어 있다.
바. 녹차 차는 식물 카멜리아 시넨시스(Camellia Sinensis)의 잎으로 만들며 전 세계적으로 물 다음으로 소비되는 음료이다. 녹차는 많은 폴리페놀계 항산화 물질을 포함한다. Polyphenol은 분자내에 수개 이상의 페놀성 수산기를 지닌 식물성분의 총칭으로 식물 성분중에서는 섬유질 등의 식물섬유 성분에 이어 네 번째로 많이 존재하는 물질로 알려져 있다.
(2)염기성 물질
석회수, 베이킹파우더, 샴푸, 비눗물, 제산제(속 쓰릴 때 먹는 약), 주방세제, 버물리(벌레 물린데 바르는 약)같은 것이 있다.
가. 비누 비누의 성분은 주 세정작용을 하는 계면활성제, 세정작용을 증강시키는 빌더, 전체적으로 성능을 보완시키는 보조첨가제 등으로 나눌 수 있다. 계면활성제는 비누의 주된 원료로서 기름과 친하려는 성질(친유성)과 물과 친하려는 성질(친수성)을 동시에 갖고 있으며, 친유성 부분이 오염에 흡착되고 친수성 부분이 물쪽으로 배열됨으로써 오염을 섬유로부터 떨어뜨리는 작용을 한다. 계면활성제에는 수산화나트륨을 섞는다. 물에 녹는 부분이 갖게 되는 전기적 특성에 따라 음이온·양이온·비이온 및 양성이온계면활성제 등으로 나눌 수 있다. 의류용 비무는 통상 2∼4종류의 계면활성제를 함유하며, 음이온 및 비이온 계면활성제를 가장 많이 사용하며 적은 양의 양성 이온 계면활성제를 사용하는 경우도 있다. 빌더는 물속에 있는 금속이온(칼슘,마그네슘 등)등이 계면활성제의 작용을 방해하는 것을 막아주고, 유리지방산 등 오염을 물에 잘 녹는 성분으로 바꿔줌으로서 세척력을 충분히 발휘하도록 한다. 인산염은 빌더 중의 하나로서 최근 환경보호 측면에서 제올라이트로 대체되었다. 보조첨가제에는 효소, 표백·증백제, 거품조절제 등이 있으며 효소 중에는 단백질오염을 분해하는 프로테아제, 기름오염을 분해하는 리파아제가 있다. 표백·증백제는 의류의 황변현상을 감소시키고 장기간 의류의 백색을 유지하거나 유색오염의 분해·제거를 돕는다. 거품조절제는 거품의 발생을 억제하고 거품을 쉽게 제거함으로써 헹굼성을 향상시켜 물의 소비를 줄이고, 하수관 등에서 거품이 넘치는 것을 방지한다.
나. 베이킹파우더 빵 등을 만들 때 주재료를 부풀게 하는 이스트 대용품이다. 베이킹파우더의 주성분은 탄산나트륨이다. 여기에 산이 첨가되어 있다. 밀가루에 부원료를 가하여 다시 이것을 섞어서 구우면 산성탄산나트륨과 산이 화학반응을 일으켜 이산화탄소를 발생시킨다. 이에 따라 팽창현상이 일어나고 기포를 만드는 작용을 한다. 지방과 설탕·달걀 등을 많이 사용한 빵과 케이크는 빵 효모로는 잘 부풀지 않으므로 베이킹파우더를 사용하는 일이 많다.
다. 석회수 석회수라고 하는 것이 소석회의 수용액을 말하는 것이다. 일반적으로 석회수는 이산화탄소를 확인하는 방법으로 석회수의 맑은 용액을 가지고 입으로 바람을 불어 넣으면 액이 탁하게 되는 것을 보고 호흡할 때 이산화탄소가 나온다는 것을 확인하고 또 촛불을 태우면서 석회수를 넣어두면 액이 탁해지는 것을 보고 이산화탄소를 확인한다. 이 반응은 가장 일반적이면서 널리 쓰이는 반응이다. Ca(OH)2(aq) + CO2 (g) => CaCO3 (s)+ H2O(l) 그런데 이 용액이 뿌옇게 된곳에 다시 이산화탄소를 계속 다량 불어넣으면 다시 맑게 변한다. 그것은 탄산수소칼슘이 물에 제법 많이 녹기 때문입니다. 즉 2CaCO3(s) + CO2(g) + H2O (g) => 2CaHCO3(aq) 이 반응은 이산화탄소가 녹은 물이 바위 틈으로 들어가서 석회석을 녹여서 석회동굴이 만들어지는 반응식이다. 이 석회동굴에서는 종유석이라고 하는 돌이 있는데 이것은 위의 탄산수소칼슘용액이 압력이 떨어지면서 이산화탄소가 날아가고 탄산칼슘의 고체가 생기면서 돌이 자라나서 고드름 모양이 된다.
라. 제산제 위산의 작용을 억제하는 약제다. 위액분비를 억제하고 위산을 중화시키거나 또는 흡착하여 그 작용을 줄이고, 또는 침전하여 위장점막에 침착한 후 궤양면을 덮어 보호하며, 산 자극을 완화시키는 작용을 한다. 위산과다증, 위·십이지장궤양, 위통에 쓰인다. 중화제로는 소다(탄산수소나트륨)를 비롯하여 탄산칼슘·산화마그네슘·탄산마그네슘·수산화마그네슘이 있고, 중화흡착제로는 규산알루미늄·수산화알루미늄겔·비스무트제가 있다. 흡착제로는 약용탄·음이온교환수지가 있으며, 분비억제제로는 부교감신경억제제·아트로핀·로트엑스·프로판텔린이 있다. 탄산염은 위산에 의해 이산화탄소를 발생시키고, 그 자극에 의해 위산분비를 촉진시키므로 대개는 다른 흡착제와 같이 쓰인다.
마. 버물리 버물리에 있는 성분은 항히스타민제, 국소마취제, 소독제 등이다. 벌레에 물리면 알러지 반응이 유발되어 간지럽고 붓고 그렇게 되는데 그런 증상을 치료하는 것이다. 주성분인 디펜히드라민, 디부카인이 염기성이다. 성분 중에는 살리실산메칠이라는 물질이 있는데 이것은 산성이다. 벌레 물린데 쓰는 약은 산을 중화시키기도 하지만 그로인해 생긴 병변을 치료하기 때문에 염기와 산 물질이 들어간다.
3. 산과 염기의 이용
(1)산의 이용
가. 염산(HCl) : 비닐을 만들 때 필요하다. 간장 같은 조미료를 만들 때도 필요하다. 모르핀 중독 환자의 해독에 쓰는 염산날로르핀 같은 약을 만들 때도 쓴다. 심지어는 하수구를 뚫 을 때, 화장실의 찌든 때를 제거할 때 과거에는 염산을 썼다. 나. 황산(H₂SO₄) : 비료제조, 자동차 배터리의 전해질이다, 다. 아세트산(CH₃COOH) : 조미료나 물감, 아스피린 등의 의약품, 인조 섬유의 제조에 이 용한다. 라. 질산(HNO₃)은 질소비료를 제조하는 데 쓰고, 노란색 염료를 만드는 때 보통 쓰이고, TNT라는 폭탄 제조에도 쓰인다. 마. 탄산(H₂CO₃) : 청량 음료를 만들 때 이용한다. 바. 과일 산들은 음료수나 아이셔나 이런 과자들에 신맛을 내는 데 사용되고 있다.
(2)염기의 이용
가. 수산화칼륨(KOH) : 물비누의 제조, 단백질 부식 제거제, 이산화탄소 흡수제, 석회수로 산성화된 토양을 중화하는 데 사용한다. 나. 수산화나트륨(NaOH) : 비누와 종이의 원료이다. 수산화나트륨은 베이킹 파우더라고 알 려져 있는데 가장 쉽게 우리가 먹는 달고나를 만들 때 쓴다. 소한테 소들의 소화를 도우 라고 먹이기도 한다. 대형 햄버거 업체에서 폐식용유를 가지고 비누를 만들 때 수산화나 트륨이 필요하고, 펄프를 만든다거나, 섬유를 만들 때도 이용한다. 예로 양털로 직물을 만 들 때 양털 사이에 낀 기름을 제거하기 위해 염기에 적실 필요가 있다. 이 경우에 사용하 는 것이다. 다. 수산화마그네슘(Mg(OH)2) : 제산제라고 불리는 약을 만들 때 이용하는 데 위산과다일 때 즉, 속이 너무나도 쓰릴 때 먹는다. 라. 수산화칼슘(Ca(OH)₂) : 석회벽돌을 제조한다. 마. 암모니아(NH₃) : 벌레 물린데 바르는 약, 질소 비료 및 질산의 제조에 사용한다.
4. 소감
산성이나 염기성은 대단히 위험한 물질이라는 생각을 했었다. 초등학교 다닐 때 나보다 어린아이가 황산테러를 당해서 온 몸에 화상을 입고 얼마 후 죽었다는 이야기를 들었는데 그때 기억이 너무나 끔찍했다. 그래서 황산이 산성이라는 것을 알고는 그런 물질은 가까이 하면 안 된다고 생각했다. 그런데 이번 과제를 하면서 강한 산이나 강한 염기는 물론 위험하기는 하지만 산이나 염기가 우리 생활과 아주 밀접하다는 것을 알게 되었다. 우리가 즐겨먹는 음료수, 쥬스 등이 바로 산이고 늘 사용하는 비누는 염기라는 것도 알게 되었다. 약도 이러한 성질을 이용해서 만드는 것이 많았다. 강한 산인 염산 황산등도 우리생활에 많이 이용된다. 비누에 대해서 조사하면서 왜 비누가 때를 잘 지우는 지도 알게 되었다. 염기가 단백질을 분해하는 성질이 있어 때도 잘 지우지만 섞이지 않는 물과 기름을 잘 섞이게 하기 위해 염기인 수산화나트륨(NaOH)을 넣는다는 것도 재미있는 발견이었다. 할머니께서 속이 아프시면 소다를 잡수신다. 왜 약을 먹지 않고 소다를 먹을까 궁금했는데 위산과다 현상은 속을 쓰리게 하는데 위산은 산이라서 염기인 소다를 잡수시고 중화시킨다는 것을 알게 되었다. 산이나 염기, 중화라는 것을 몰랐을 텐데도 잘 활용하고 계셨다니 흥미롭다. 앞으로는 생활주변에 좀 더 관심을 가져야겠다. 무심코 지나쳤던 용액들은 어떤 성질을 갖고 있는지, 어디에 사용되는 것인지, 산과 염기에는 어떻게 반응하는지도 알고 싶다. 산과 염기의 성질을 잘 이용하면 생활을 좀 더 편리하게 할 수 있을 것이다. 중화로 발전시킨다면 생활에 더욱 많이 이용할 수 있을 것이다. |
우리 주변에서 사용되는 산과 염기 - uli jubyeon-eseo sayongdoeneun sangwa yeomgi
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