강산과 강염기의 중화 반응에서 BTB 지시약 색 변화 관찰의 한계점 분석 및 개선 방안 제안
Limit Analysis of BTB Indicator’sColor Changes during Acid-Base Titration and Suggestion of Alternate Experiment
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2015 개정 교육과정 통합과학 교과서에 제시된 ‘산과 염기를 섞었을 때 나타나는 변화’ 실험에서는 동일 농도의 산과 염기를 동일 부피로 혼합하였을 때 BTB 용액에 의해 초록색이 관찰되기를 목표로 하지만 실제로 초록색의 관찰은 거의 불가능하고 변색 범위에서 나타나는 다양한 스펙트럼의 초록색에 대한 기준 자료가 없어 액성 판단에 주관성이 크게 관여한다는 한계점이 있다. 본 연구는 초록색 관찰을 가능하게 하는 산과 염기 및 지시약의 농도 조건을 제시하고, UV-Vis 분석법을 바탕으로 종말점과 이론적 중화점 간의 오차를 최소화하는 BTB 용액의 초록색을 제안하고자 한다. 연구 결과 교과서에서 제시된 산과 염기의 농도는 목표로 한 현상을 관찰하기에 지나치게 높았으며 지시약의 농도 및 양에 대한 정보는 불충분하거나 명확한 기준이 없었다. 중화점 부피 6 mL 조건에서 염산과 수산화 나트륨 수용액의 농도 0.010~0.005 M, BTB 용액의 농도 0.08~0.20 % 1방울이 지시약 자체의 영향을 최소화하면서 명확하게 초록색을 판단하기에 적절하였다. 본 연구는 선행된 과학 개념과 일치하는 현상을 관찰할 수 있도록 실험 조건과 참고용 색 가이드라인을 제시하는데 목적이 있다. 궁극적으로는 불일치 상황에서 학생 주도적 탐구를 이끌어내는 안내 자료로 활용될 수 있다.
Abstract
The experiment ‘Changes when mixing acids and bases’ presented in the 2015 revised curriculum integrated science textbook aims to observe the green color of BTB when equal concentrations of acids and bases are mixed in equivalent volumes. However it is almost impossible to observe green color in practice, Aditionally, there is a lack of standard reference materials for the diverse spectra of green color within the discoloration range, leading to significant subjectivity involved in determining acidity. In this study, we propose the concentration conditions for HCl(aq), NaOH(aq) and BTB(aq) that enable the clear observation of the green color. We also provide guidelines for the green color of BTB(aq) that minimizes the error between the end point and the theoretical neutralization point based on UV-Vis analysis. The results indicated that the concentrations of acids and bases given in the textbooks were too high to observe the intended phenomenon, Furthermore, the information on the concentration and amount of indicator was either insufficient or lacked clear criteria. The concentrations of 0.010 to 0.005 M of HCl(aq) and NaOH(aq) and 1 drop of 0.08 to 0.20 % BTB(aq) were adequate for clearly determining green color while minimizing the influence of the indicator itself. The primary purpose of this study is to provide experimental conditions and reference color guidelines for observing phenomena that are consistent with prior scientific concepts. Ultimately, this can be used to guide student-driven inquiry in situations of discrepancy.
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