이번 주 13학년 화학 수업에서는 Mr Mahesh Warrier 선생님의 지도 아래, 추상적인 개념인 ‘화학 평형 (abstract concept of equilibrium)’을 실제로 이해할 수 있는 고전적인 실험이 진행되었습니다. 바로 에탄산(ethanoic acid)과 에탄올(ethanol)의 에스터화 반응을 통해 평형 상수(Kₑq)를 구하는 실험이었습니다.
이번 실험의 목표는 다음 반응식을 탐구하는 것이었습니다:
CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O
학생들은 반응이 완전히 진행되는 것이 아니라, 네 가지 물질이 동시에 존재하는 동적 평형(dynamic equilibrium) 상태에 도달한다는 점을 확인하고, 특정 온도에서 Kc 값이 일정함을 증명하고자 했습니다.
학생들은 조별로 1.0 mol dm⁻³ 에탄산과 에탄올을 정확히 계량해 혼합하고, 진한 황산(sulfuric acid)을 촉매로 넣은 뒤 밀폐된 시험관에서 반응시켰습니다. 이는 휘발성 반응물이나 생성물이 빠져나가지 않도록 하기 위함이었습니다. 혼합물을 일주일간 방치해 평형에 도달하도록 한 후, 학생들은 평형 혼합액 일부를 채취해 표준 수산화나트륨(NaOH) 용액으로 적정했습니다. 이 과정을 통해 남아 있는 에탄산의 농도를 측정하고, 반응의 화학양론적 비율(1:1:1:1)을 이용해 평형 상태에서의 각 물질의 농도를 역으로 계산했습니다.
마지막으로, 학생들은 이 값을 평형식
Kc = [CH₃COOC₂H₅][H₂O] / [CH₃COOH][C₂H₅OH]
에 대입했습니다. 계산된 결과는 대부분 약 4 내외로 일관되었으며, 이는 일정한 온도에서 주어진 반응의 평형 상수는 항상 일정하다는 화학의 기본 원리를 잘 보여주었습니다.
이번 실험을 통해 학생들은 교과서 속 개념이 아닌 실제 데이터를 바탕으로 동적 평형의 본질을 이해하며, 이론과 실험을 연결하는 흥미로운 경험을 할 수 있었습니다.
Mr Mahesh Warrier
Head of Chemistry