붕사(Borax), 붕산(Boric acid) 차이
붕사(Borax)와 붕산(Boric acid)은 모두 붕소(B)를 중심으로 한 화합물입니다.
두 물질은 붕소를 가지고 있다는 공통점이 있지만 약간의 다른점이 있습니다.
봉사의 화학식은 Na2B4O7·10H2O이며 붕산의 화학식은 H3BO3입니다.
붕사에 산을 가하면 붕산이 되는데 붕사로 붕산을 만드는 방법은 다음과 같습니다.
Na2B4O7+H2SO4→Na2SO4+4H3BO3
슬라임, 액체괴물에 사용되는 붕사, 붕산
일반적으로 붕사를 이용하여 슬라임, 액체괴물을 만듭니다.
붕산으로도 슬라임, 액체괴물을 만들 수 있지만 붕산에 베이킹 소다와 같은 염기성 물질을 가하여 붕산 이온을 만들어줘야 붕산으로 슬라임, 액체괴물을 만들 수 있습니다.
슬라임, 액체괴물을 만들 때 물풀과 붕사를 섞어서 만듭니다.
물풀은 폴리비닐알코올이라는 성분이 주성분이며 붕사가 물에 녹으면서 내놓는 붕소 이온(Borate ion)과 수소결합하여 가교 결합을 형성합니다.
이렇게 만들어진 가교 결합은 물분자를 가두고 슬라임, 액체 괴물 특유의 탄력과 점성을 만들어냅니다.
가교 결합이 얼마나 촘촘하냐에 따라 점성과 탄력성이 변화할 수 있습니다.
이를 반응식으로 나타내면 다음과 같습니다.
1. 붕사의 용해
2. 붕소 이온의 형성
3. 폴리비닐알코올과 붕소 이온의 수소결합
4. 중합체 형성
붕소 이온(Borate ion)이 슬라임, 액체괴물을 만들 때 필요한 성분입니다.
붕산을 물에 녹여도 붕소 이온이 만들어집니다.
1. 붕산의 용해
문제는 염(Salt) 형태인 붕사는 대부분 물에 완전히 녹아 평형이 오른쪽에 쏠려 붕소 이온이 많이 만들어지지만 붕산의 경우 ph가 낮은 산성을 나타내기 때문에 산염기 평형을 이루며 붕소 이온이 많이 만들어지지 않습니다.
헨더슨 하셀바흐식을 이용하여 붕산의 산염기 평형이 얼마나 쏠려있는지 알아보겠습니다.
붕산의 pka는 9.24이며 붕산을 녹일 경우 ph는 약 3.8 ~ 4.8정도 사이입니다.
편의상 붕산의 pka를 9.3 ph를 4.3이라고 가정하겠습니다.
4.3 = 9.3 + log([짝염기]/[짝산])
5 = log([짝산]/[짝염기])입니다.
즉 산형태의 H3BO3가 짝염기 형태의 B(OH)4-보다 10^5 만큼 많다는 결과가 나옵니다.
붕산의 대부분은 H3BO3 형태로 존재하고 H3BO3의 1/100000 만큼 붕소 이온이 존재합니다.
슬라임, 액체괴물을 만들기 위해서는 붕소 이온이 필요하므로 재료로 붕산을 이용하였다면 붕산을 붕소이온으로 전환시켜야 합니다.
위 반응식에서 르샤틀리에 원리에 의해 H+ 이온을 제거하면 산염기 평형이 오른쪽으로 이동하므로 붕산을 붕소 이온으로 전환할 수 있습니다.
산인 H+는 염기인 OH-와 만나 물을 형성하면서 중화반응이 일어나므로 붕산을 이용하여 슬라임, 액체괴물을 만들고자 한다면 반드시 염기성 물질을 추가해줘야 합니다.
구하기 쉽고 많이 사용하는 염기성 물질은 베이킹 소다(탄산수소나트륨)입니다.
붕산을 녹인 용액에 베이킹 소다를 추가하면 ph가 높아지고 짝산과 짝염기 비율이 변화합니다.
다시 헨더슨 하셀바흐식을 이용하여 붕산 용액에 베이킹 소다를 추가하여 중성에 가까운 ph 7.3으로 계산해보겠습니다.
7.3 = 9.3 + log([짝염기]/[짝산])
2 = log([짝산]/[짝염기]) 입니다.
산형태의 H3BO3가 짝염기 형태의 B(OH)4-보다 10^2 만큼 많다는 결과가 나옵니다.
ph가 4.3일 때보다 붕소이온이 많이 증가했음을 알 수 있습니다.
결론을 내보자면
슬라임, 액체괴물을 만들 때 붕사를 사용할 경우 물에 희석시켜 물풀과 섞으면 됩니다.
슬라임, 액체괴물을 만들 때 붕산을 사용할 경우 레시피를 변화시켜 염기성 물질인 베이킹 소다를 추가하여 사용해야 합니다.
만약 붕산을 사용하고 베이킹 소다를 사용하지 않은 채 물풀과 섞을 경우 충분한 양의 붕소 이온이 공급되지 않아 수소 결합에 의한 폴리비닐알코올과 붕소 이온의 가교가 만들어지지 않게 됩니다.
이미 붕산을 사용하여 물풀과 섞었을 경우 베이킹 소다를 조금씩 추가하면서 저어줄 경우 점점 액체가 탄력을 얻어가는 것을 볼 수 있습니다.
슬라임, 액체괴물 리뉴 후레쉬 렌즈 세척액 사용
리뉴 후레쉬와 같은 렌즈 세척액에는 보존제로 붕산이 사용됩니다.
붕산은 인공눈물 등 안약의 보존제로도 사용되는데 여기 들어있는 붕산을 사용하여 슬라임, 액체괴물을 만들수도 있습니다.
렌즈세척액을 사용하여 슬라임, 액체괴물을 만들 때에는 렌즈세척액에 베이킹 소다(탄산수소 나트륨)을 더해 만들어줍니다.
이는 용액 ph를 높일 경우 렌즈세척액의 붕산이 붕소 이온으로 전환되는 비율이 높아지기 때문입니다.
(위의 르샤틀리에 원리, 헨더슨 하셀바흐식 설명 참고)
가끔 베이킹 소다와 렌즈 세척액을 사용하여 붕산을 사용하여 만든 슬라임, 액체괴물보다 안전하다고 말하는 경우가 있는데 이는 잘못된 내용입니다.
렌즈 세척액 자체가 붕산을 포함하고 있으며 렌즈 세척액을 사용하여 슬라임, 액체괴물을 만드는 것은 일반 붕산을 희석하여 사용한 것과 같습니다.