안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
암모니아 분수 실험은 암모니아의 높은 물 용해도와 이에 따른 플라스크 내부의 급격한 기압 감소 원리로 일어납니다.
암모니아는 강한 극성 기체로, 물 분자와 쉽게 수소 결합을 형성하여 물에 매우 잘 녹습니다. 상온 기준 물 1 mL에 암모니아 기체 약 700 mL 이상이 녹을 정도로 용해도가 뛰어납니다. 암모니아 기체가 채워진 플라스크에 스포이트로 물을 한 두 방울 주입하면, 플라스크 내부의 암모니아 기체가 순식간에 그 물에 녹아 들어갑니다. 기체 분자 수가 급격히 줄어들면서 플라스크 내부 압력이 대기압보다 훨씬 낮아진 상태가 됩니다.
플라스크 내부는 저기압 상태가 된 반면, 외부 비커의 물 표면에는 상대적으로 높은 대기압이 작용합니다. 이 압력 차이로 인해 외부 비커의 물이 유리관을 타고 플라스크 안으로 강력하게 밀려 올라가며 분수처럼 뿜어져 나옵니다. 암모니아가 물에 녹으면 수산화 이온을 생성하여 염기성을 띠기 때문에 페놀프탈레인 지시약을 섞은 무색의 물이 플라스크 안으로 빨려 올라가는 즉시 붉은색으로 변하며 분수 현상이 나타나게 됩니다.