안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
지시약은 산성과 염기성의 액성을 알아보기 위한 용액으로 메틸오렌지, 페놀프탈레인, BTB 용액 등이 있으며, 용액의 액성에 따라 색깔이 변화가 일어납니다. 이외에도 천연 지시약으로 양배추, 포도, 장미 등이 지시약으로 사용되기도 합니다. 이렇게 지시약이 용액에 따라 색이 변하는데, 그 화학적 원리를 설명해 드릴게요.
지시약이 산성과 염기성 용액에서 색이 변하는 이유는 수소 이온 농도에 따라 분자 구조가 변하기 때문입니다. 지시약은 약한 유기산 등으로, 수용액에서 분자 상태인 산성형과 이온 상태인 염기성형이 가역적인 평형을 이룹니다. 산성 용액에서는 르샤틀리에의 원리에 따라 수소 이온이 증가하여 역반응이 우세해져 산성의 색을 띱니다. 반대로 염기성에서는 수소 이온이 감소해 정반응이 우세해지며 염기성의 색을 나타냅니다.
지시약마다 변색 범위가 다른 이유는 분자 구조에 따라 고유한 산 해리 상수가 다르기 때문입니다. 혼합된 색상 중 한 색이 뚜렷하게 보이려면 두 형태의 농도 비율이 변해야 하는데, 이 변색 구간은 지시약의 해리 상수 값에 의존합니다. 결과적으로 지시약마다 해리상수 값이 달라 각기 다른 특정 pH 구간에서만 평형이 이동하며 색 변화가 일어납니다.