발 간 사 서울특별시교육청에서는 과학기술이 21세기 지식기반사회에서 우리나라 의 미래를 보장해줄 수 있는 가장 중요한 국가 성장 엔진이라는 인식을 가 지고, 과학교육활성화 5개년 계획을 수립하여 2004년부터 지속적으로 사 업을 추진하고 있습니다. 우리나라와 같이 부존

Transcription

1 발 간 등 록 번 호 수학 과학 전공교원 교과전문성신장 국외연수 결과물 최신 수학 과학 교수자료집(화학) The latest Math & Science Teaching Book (Chemistry) 서 울 특 별 시 교 육 청 SEOUL METROPOLITAN OFFICE OF EDUCATION

2 발 간 사 서울특별시교육청에서는 과학기술이 21세기 지식기반사회에서 우리나라 의 미래를 보장해줄 수 있는 가장 중요한 국가 성장 엔진이라는 인식을 가 지고, 과학교육활성화 5개년 계획을 수립하여 2004년부터 지속적으로 사 업을 추진하고 있습니다. 우리나라와 같이 부존자원이 적고 근대 과학기술의 도입 역사가 다른 선 진국에 비하여 상대적으로 짧은 상황에서는, 우수한 소질과 적성을 가진 학 생들이 과학에 대한 관심과 열정을 지속적으로 가질 수 있도록 지도하고, 궁극적으로 과학 분야의 진로를 선택할 수 있는 기반을 조성하여 주는 것 이 무엇보다 중요합니다. 이에 따라, 우수한 자질을 갖춘 학생들을 지도하는 능력을 함양하고 교사 들 스스로 연구하는 분위기를 조성하기 위하여, 초 중 수학 과학교사를 선 발하여 국외 우수대학에서 소정 기간 동안 특별연수를 실시하는 프로그램 을 운영하고 있습니다. 연수에 참여한 교사들은 전공 관련분야의 최신 이론을 익히고, 교육 방법 에 대한 연구를 수행하였으며, 연구 결과를 토대로 학교현장에서 활용할 수 있는 교수 학습자료를 개발하여 책으로 펴내게 되었습니다. 아무쪼록, 본 자료가 학생들의 과학적 소양을 함양하고 우수한 과학인재 를 양성하는데 기여할 수 있기를 기대하며, 학교현장에 계신 선생님들의 적 극적인 관심과 활용을 부탁드립니다. 끝으로, 본 책자 개발을 위해 그동안 수고해 주신 선생님들의 노고를 치 하하고, 연수에 참여한 교사들을 정성껏 지도하여 주신 관련 외국 대학교의 지도교수님과 관계자 여러분들께 진심으로 감사드립니다 서울특별시교육감 공 정 택

3 책자의 구성 및 활용 2005년도 화학과 전공교원 국외연수 프로그램은 중등 화학 전공교사 20명을 대상으로 허은영 교수님의 지도 하에 2005년 7월 24일부터 8월 15 일까지 3주 동안 미국 오하이오 주의 마이아미 대학에서 실시되었습니다. 연수 참가자들은 화학과목의 다양한 실험수업뿐만 아니라 교수법에 대해 서도 심층적인 연구를 수행하였고, 캐나다 뱅쿠버에서 개최된 북미 화학교 사 컨퍼런스에도 참여하고, 여러 과학 관련 기관과 학교 방문을 통해 다양 한 경험을 쌓아 과학교육의 최신이론을 익히고 교과전문성을 신장할 수 있 는 기회를 얻을 수 있었습니다. 그동안의 연수과정을 통해 연구하고 익힌 내용을 중심으로 학교 현장에 도움이 될 수 있는 교수 학습자료를 개발하여 책으로 발간하게 되었습니다. 본 자료는 각종 수업에서 바로 사용할 수 있도록 편찬되어 있으므로 정 규수업과 계발활동 수업, 과학 중심학교 등의 특성화된 프로그램 그리고 영재 수업에서 다양하게 사용될 수 있을 것이며, 수업을 지도하시는 선생님들께서 수 업에 참가하는 학생들의 수준을 고려하여 적절하게 활용하시기 바랍니다. 책자의 각 시트를 쉽게 분리할 수 있도록 제작하였으므로 필요시에는 절 단하여 사용하시고 파일철에 보관하기 편리하도록 하였습니다. 전체 내용은 서울시교육청 홈페이지의 부서별 홈페이지/과학교육활성화추진단/공개자료 실에 탑재하였으니, 필요한 내용은 내려받아 학생들 지도에 이용하시기 바 랍니다. 아무쪼록, 본 자료가 학교현장에서 가르치는 선생님들에게 보탬이 되어 탐구 실험 중심의 과학교육이 활성화되기를 기대합니다. 과 학 교 육 활 성 화 추 진 단 SCIENCE EDUCA T IO N D IV ISIO N

4 화학과 교수 학습 자료 PART Ⅰ. 우리 주변에 있는 물질들을 이용한 150가지 재미있는 화학실험 차 례 1. Density 3 실험1. 뜨거운 물이 올라갈까 3 실험2. 가라앉음과 떠오름(활) 4 실험3. 불규칙한 건포도(활) 7 실험4. 탄산음료 안에 얼마나 많은 기체가 들어있을까 9 실험5. 순수한 물보다 소금물이 더 밀도가 클까(활) 10 실험6. 액체층 12 실험7. cartesian 다이버(활) 13 실험8. 무거운 풍선 만들기(활) 15 실험9. 재미있는 이산화탄소 18 실험10. 적절한(중간의) 부력-part 1 19 실험11. 적절한(중간의) 부력-part Air Pressure 21 실험1. 찌그러지는 소다캔(활) 21 실험2. 공기의 힘 24 실험3. 자 부러뜨리기 25 실험4. 병 속의 풍선(활) 26 실험5. 컵 속의 진공 30 실험6. 술 마시는 빨대와의 모험 31 실험7. 페트병의 최후 32 실험8. 높이와 기압(활) 33 실험9. 사람 들어올리기(공중부양) 36 실험10. 공기도 공간을 차지할까(활) 37 실험11. 병 속에서 풍선 불기(활) 40 실험12. 탁구공 띄우기 43 실험13. 신기한 음료수 캔 44 실험14. 놀라운 흡착기 45 실험15. 병 속에 풍선 넣기(활) 46 실험16. 사이펀 만들기 49 실험17. 신비한 탁구공(활) 50 실험18. 신비한 풍선(활) 53 실험19. 감자를 뚫는 빨대(활)

5 3. Surface Tension 58 실험1. 마술병(활) 58 실험2. 후추와 함께하는 모험(활) 61 실험3. 클립을 뜨게 하는 것(활) 63 실험4. 동전 위의 물방울(활) Gases, Solids, and Liquids 68 실험1. 분자 사이의 공간(활) 68 실험2. 온도는 분자의 속력에 어떤 영향을 미치나(활) 71 실험3. 상변화 관찰(활) 74 실험4. 소금이 물의 어는점에 어떤 영향을 미칠까(활) 76 실험5. 소금이 물의 끓는점에 어떤 영향을 미칠까 79 실험6. 물은 얼 때 팽창할까(활) 80 실험7. 뚜껑 튀어 오름 82 실험8. 뜨거운 공기 풍선 83 실험9. 얼음 벽돌 자르기 84 실험10. 입에서 나오는 뜨거운 바람과 차가운 바람 85 실험11. 병 속의 보일의 법칙 86 실험12. 주사기 속에서 물 끓이기(활) 88 실험13. 냉동고 속의 풍선(활) 91 실험14. 머시맬로우의 팽창(활) 93 실험15. 페니 녹이기(활) 96 실험16. 우유병 녹이기(활) 99 실험17. 줄-톰슨 효과 재조명(활) 102 실험18. 응축 실험(활) 104 실험19. 증발과 냉각(활) 106 실험20. 풍선 속의 물 가열하기(활) 108 실험21. 지폐 태우기(활) Chemical Reactions 113 실험1. 녹이 슬까, 안슬까(활) 113 실험2. 녹스는 속도를 결정짓는 요인은(활) 115 실험3. 어떻게 녹을 없앨까(활) 117 실험4. 동전을 초록색으로 변화(활) 119 실험5. 철과 구리의 환원(활) 121 실험6. 암모니아 블루 만들기(활) 123 실험7. 알루미늄 호일이 사라짐(활) 125 실험8. 황산구리로부터 구리를 추출하기(활) 127 실험9. 각설탕 태우기(활) 129 실험10. 동전을 깨끗하게 만들기(활) 131 실험11. 산화구리 만들기(활) 133 실험12. 산소 생성(활) 135 실험13. 산소를 만드는 또 다른 방법(활)

6 실험14. 수산화마그네슘 생성하기 139 실험15. 염화철(Ⅱ) 생성하기 140 실험16. 봉지 안에서의 반응(활) 141 실험17. 수산화알루미늄 생성하기 144 실험18. 밝은 파란색에서 어두운 파란색으로(활) 145 실험19. 온도는 반응속도에 영향을 미칠까 147 실험20. 표백제의 탈색효과 148 실험21. 왜 과산화수소는 거품이 날까(활) 149 실험22. 어떻게 사과가 갈색으로 변하는 것을 막을까(활) 151 실험23. 녹말검사 153 실험24. 녹색 침전물 형성하기 154 실험25. 설탕의 분해 Combustion 156 실험1. 연소생성물(활) 156 실험2. 신기한 물 오름(활) 158 실험3. 불 타는 가루 160 실험4. 폭발하는 깡통 161 실험5. 불타는 물 162 실험6. 불타는 머시맬로우(활) Acids and Bases 165 실험1. 붉은 양배추 지시약(활) 165 실험2. 중화(활) 169 실험3. 산과 호흡작용 172 실험4. 재미있는 Alka-Seltzer 반응(활) 173 실험5. 어떤 제산제가 가장 효과적인가(활) 176 실험6. 베이킹 소다에 의한 중화 179 실험7. 마술 Goldenrod Paper(활) 180 실험8. 염기 지시약을 만들어라 183 실험9. 마술로 글쓰기(활) 184 실험10. 분홍색 용액을 투명하게 하라 187 실험11. ph 테스트(활) 188 실험12. 빗물이 산성일까(활) 191 실험13. 흙의 ph 테스트 결과는 194 실험14. 흙의 ph 변화시키기 195 실험15. 탄산칼슘으로 테스트하기(활) 197 실험16. 좋은 석상 재료 고르기(활) 200 실험17. 달걀껍질 제거하기(활) 203 실험18. 베이킹 소다와 베이킹 파우더의 차이(활) 205 실험19. 표백하기 208 실험20. 머리카락 표백하기(활) 209 실험21. 여러 가지 섬유 표백하기1(활)

7 실험22. 여러 가지 섬유 표백하기2 215 실험23. 우유의 엉김(활) 216 실험24. 양배추 지시약(활) 218 실험25. 탄산칼슘의 열분해(활) 221 실험26. 마커 색깔 변화(활) Mixtures 227 실험1. 균일 혼합물 만들기(활) 227 실험2. 불균일 혼합물 만들기(활) 230 실험3. 콜로이드 만들기(활) 233 실험4. 물과 기름은 왜 섞이지 않는가(활) 235 실험5. 소금은 물에 녹는가 237 실험6. 성질이 같은 것끼리 녹는다(활) 238 실험7. 얼룩을 화학적으로 제거하는 방법(활) 241 실험8. 샐러리 줄기로 확산하는 물(활) 245 실험9. 피클 만들기 248 실험10. 오이가 커졌어요(활) 249 실험11. 온도가 용해 속도에 영향을 미칠까(활) 252 실험12. 용해 속도에 표면적이 영향을 미칠까(활) 254 실험13. 흔들기가 용해 속도에 영향을 미칠까 256 실험14. 기름에는 무엇이 녹을까(활) 257 실험15. 손난로 만들기(활) 259 실험16. 확산 관찰 261 실험17. 머랭(Meringue)만들기:콜로이드 262 실험18. Rock Candy 만들기(활) 263 실험19. 주머니 속에 아이스크림 만들기 266 실험20. 냉찜질팩(Cold Pack) 만들기 Polymers 268 실험1. 스티로폼 컵 녹이기(활) 268 실험2. 풍선을 바늘로 찌르기 271 실험3. 재활용 기호의 의미는 무엇일까? 272 실험4. 신축성이 있고 끈적한 폴리머 만들기(활) 273 실험5. 기저귀 흡수성 테스트 276 실험6. 강력한 흡수력을 지난 폴리머(활) 277 실험7. 재미있는 옥수수 녹말 실험(활) 279 실험8. 슈퍼볼 만들기 Light 282 실험1. Black light로 형광 관찰하기 282 실험2. 표백 세제의 원리는? 283 실험3. 손을 잘 씻을 수 있는 방법은? 284 실험4. Lifesaver의 불빛

8 화학과 교수 학습 자료 PART Ⅱ. Chemical Demonstration 차 례 1. A demo a day 289 실험1. 콘택트렌즈 데모(활) 289 실험2. 시리얼에서 금속 철 분리(활) 293 실험3. 발열반응(활) 297 실험4. 이산화탄소 소화기(위에서 아래로)(활) 301 실험5. 이산화탄소 소화기(아래에서 위로) 305 실험6. 캔을 압착하기(활) 307 실험7. 러더퍼드 산란(활) 310 실험8. 파동 발생기 (활) 314 실험9. 타는 철 318 실험10. 발광막대의 반응속도(활) 320 실험11. 몰 용액(활) 324 실험12. 폴리머의 환원(활) 328 실험13. 초강력 흡수 폴리머 332 실험14. 주사기를 이용한 기체 생성(활) kit를 이용한 실험 343 실험1. 흔들면 파래져요 343 실험2. 화학발광 346 실험3. 빨강, 파랑, 흰색 용액 만들기 350 실험4. 상상튜브(Think Tube)(활) 353 실험5. 불타는 경사로(활) 359 실험6. 표면장력 유리병(활) 367 실험7. 광자의 에너지(활) 375 실험8. 화학반응을 이용한 일몰 연출(활) 386 실험9. 노랑과 파랑의 주기반응 392 실험10. OHP를 이용한 화학평형 실험(활) 396 실험11. 사라지는 무지개(활) 401 실험12. 몰려오는 위의 통증을 잡아라(활) 406 실험13. 슈퍼 고분자 젤(활)

9 3. Music Chemistry Painted Sign 메탄올 리피터(Methanol Repeater) 교통신호등(Traffic Light) Old Nassau 병 속의 요정(Genie In A Bottle)(활) 화학발광 분수 ph 무지개관(활) 토네이도 불꽃 마그네슘과 요오드의 반응 slime 앗! 불을 뿜는 요술용이 나타났다 포화된 질산칼륨 눈(활) 불과 얼음 거대 깡통이 폭발한다 진동하는 시계 반응 진동하는 시계 반응 병 속의 에탄올 티오황산 일몰 아세틸렌과 염소의 반응 아세틸렌과 염소의 반응 수소와 산소의 결합 무지개 불꽃(활) ph 지시약과 무지개 색

10 자문위원 이경복 서울특별시교육청 교육정책국장 연구위원 최상규 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단장 박희송 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 장학관 홍덕표 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 장학사 우일암 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 장학사 한봉희 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 장학사 김정혁 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 장학사 심금순 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 장학사 조은경 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 교사 집필위원 민정숙 신사중 교사 한송희 가산중 교사 유혜경 신림중 교사 한상준 북서울중 교사 김영미 옥정중 교사 하은경 동호정보고 교사 박기성 불암고 교사 이동수 잠신고 교사 김영화 청담고 교사 박수민 휘경공고 교사 박숙민 오륜중 교사 최숙영 동대문중 교사 고미경 인헌중 교사 이근한 불광중 교사 박준영 화계중 교사 진광우 둔촌고 교사 민영혜 성동고 교사 금상곤 정신여고 교사 김혜리 태릉고 교사 고숙영 한강전자공예고 교사 앞서가는 서울교육 최신 수학 과학 교수자료집(화학) The latest Math & Science Teaching Book(Chemistry) 인쇄일자 : 2005년 12월 31일 발행일자 : 2005년 12월 31일 감 수 인 : 서울대학교 계약교수 허은영 기 획 인 : 서울특별시교육청 과학교육활성화추진단 장학사 김용성 발 행 처 : 서울특별시 종로구 신문로2가 2-77 서울특별시교육청

11 - 11 -

12 PART Ⅰ 우리 주변에 있는 물질들을 이용한 150가지 재미있는 화학실험 <소개> 이 책은 과학을 사랑하는 사람들- 학생, 부모, 교사 등 -을 위한 책입니다. 이 150 가지 실험들 은 모두 완전히 설명되었으며 도해되었습니다. 각각의 실험은 식료품점이나 철물점에서 쉽게 얻을 수 있는 평범한 물질들로 할 수 있습니다. 이 실험들 중 어느 것도 화학 실험실이 필요하지 않습 니다. 비싼 유리기구나 희귀한 화약 약품이 필요하지 않습니다. 여러분은 자신이 적은 돈으로 얼 마나 많은 것을 성취할 수 있는지 놀라게 될 것입니다. 이 실험들은 어린이부터 고등학교 3학년에게 적합합니다. 나는 이들 중 많은 것을 유치원생인 내 아이들뿐만 아니라 고등학교 화학 수업에서도 해오고 있습니다. 과학에 대한 사랑을 우리 아이 들에게 조금씩 가르치는 것은 절대 이른 것이 아닙니다. 아마도 이 책은 일생 동안 과학에 대한 지속적인 호기심을 발달시키는 데 도움이 될 것입니다. 모든 실험들이 집 주위에서 찾을 수 있는 물건들로 집에서 바로, 쉽게 할 수 있기 때문에 과학 을 사랑하는 학생들은 이 책이 값으로 따질 수 없다는 것을 알 것입니다. 하지만, 어른들의 지도 가 반드시 필요하며 안전 예방책들은 매 실험마다 주어질 것입니다. 교사들은 이 책이 그들의 과학 커리큘럼에 대해 훌륭한 자산이라는 것을 알게 될 것입니다. 대 부분 교사의 예산은 제한되어있으므로 이 책은 적은 비용으로 유용하고 의미 있는 많은 활동들을 제공할 것입니다. 어떤 수준의 과학 교사들도 연수이나 배경 지식에 관계없이 이 책을 사용할 수 있습니다. Home Schooling 운동은 점차 성장하고 있으며 이 책은 자기 자녀를 집에서 가르치는 이들에 게 꼭 필요한 조력자가 될 것입니다. 만약 여러분이 집에서 할 수 있는 질 높은 화학 실험을 찾는 다면, 이 책이 훌륭한 자원이 됨을 알 수 있을 것입니다. 매 실험마다 최대의 성과를 얻기 위해서는 설명을 주의 깊게 읽고 모든 안전 예방책을 따르고 주의 깊게 관찰하시기 바랍니다. 하지만 무엇보다도 즐겁게 하시기 바랍니다. Brian Rohrig - 1 -

13 <안전 예방책> 이 책에 있는 실험들을 실행하기 전에 철저히 읽어 보시기 바랍니다. 1. 모든 실험은 어른의 지도 아래 행해져야 합니다. 2. 특별한 지시가 없이는 절대 어떤 반응의 생성물이든지 맛을 보거나 마시지 말아야합니다. 3. 절대 어떤 화학 물질이라도 흡입하지 마시고, 만약 반드시 뭔가 냄새를 맡아야 한다면, 용기 뚜껑 위에 손을 흔들어 서서히 냄새가 코로 날아오게 해야 합니다. 4. 언제나 어떤 실험을 하던지 안전 안경을 착용해야 합니다. 5. 불을 다룰 때는 항상 소화기를 주위에 두어야 합니다. 6. 절대 산에 물을 넣지 말고 언제나 물에 산을 넣어야 합니다. 7. 만약 화학물질을 피부에 엎질렀다면, 즉시 충분한 양의 물로 씻어야 합니다. 8. 만약 화학물질이 눈에 튀었다면, 15분 동안 흐르는 물에서 완전히 헹궈내고, 즉시 외부의 의학 적 도움을 받아야 합니다. 9. 언제나 어떤 화학물질이든지 사용하기 전에 라벨을 철저히 읽어야 합니다. 10. 화학물질은 라벨의 지시에 따라서만 처리해야 합니다. 11. 모든 화학물질은 아이들의 손에 닿지 않게 해야 합니다. 12. 만약 매연이나 연기가 발생하면, fume hood 안이나 건물 외부에서만 실험을 합니다. 13. 닫힌 용기를 절대 가열하지 말아야 합니다. 14. 모든 가연성 물건들은 불로부터 멀리해야 합니다. 15. 긴 머리를 가지고 있다면, 불 주위에서 작업할 때는 뒤로 묶어야 합니다. 16. 불이나 화학물질로 실험할 때는 헐렁한 옷이나 헐거운 옷은 입지 말아야 합니다. 17. 실험이 끝나면 손을 완전히 씻어야 합니다

14 Density 실험1. 뜨거운 물이 올라갈까? 불암고등학교 박기성 뜨거운 물이 찬 물보다 밀도가 작은 것 보여주기 2개의 g 유리 스내플 병 (또는 좁은 목의 유리병 아무거나), 식용색소, 물, 데울 수 있는 것, 팬이나 비커, 3 5 카드 끓이는 물을 조심한다. 뜨거운 물이 더해진 뒤 병을 다룰 때는 냄비 손잡이를 이용한다. 1. 대략 500mL를 끓이기 위해 열을 가한다.(또는 456g 조금 넘는 양) (1) 2. 물이 끓으면 스내플 병에 물을 찰랑찰랑할 때까지 붓는다. 3. 몇 방울의 식용 색소를 떨어뜨리고 균일하게 퍼질 때까지 기다린다. 4. 다른 스내플 병에 찬 물을 찰랑찰랑할 때까지 붓는다 카드를 찬물이 담긴 병위에 둔다. 6. 찬 물이 담긴 병을 카드와 함께 조심스럽게 색소가 들어간 뜨거운 물이 담긴 병의 입구에 놓는다. 7. 카드를 제거하고 찬물이 담긴 병을 몇 분 동안 뜨거운 물 위에 둔다. (2) 뜨거운 물보다 밀도가 높아지는 찬물은 뜨거운 물을 밀어내면서 가라앉는다. 뜨거운 물은 갈 곳 이 없어 위로 올라간다. 이것은 뜨거운 물이 찬 물보다 밀도가 작다는 것을 확실히 보여준다. 뜨 거운 물이 실제로 올라가는 것이 아니라 찬 물이 가라앉으면서 뜨거운 물을 밀어 올리고 그 때문 에 단지 올라가는 것처럼 보인다는 것을 아는 것이 중요하다. 뜨거운 물은 밀도가 작다. 왜냐하면 가열될 때 분자는 속도가 빨라지고 더 멀리 움직이기 때문이다. 만약 위의 상태를 몇 분 동안 정 지한 채 놔둔다면 두 병 모두 같은 색과 같은 온도가 될 것이다. 그러면 우리는 평형이 이루어졌 다고 말할 수 있다. 관련 실험 : 뜨거운 물, 식용색소를 넣은 물이 든 병을 찬 물의 위에 놓으면서 위의 과정을 거꾸로 해보라. 어떤 일이 일어나는지 관찰해보라 - 3 -

15 Density 실험2. 가라앉음과 떠오름? 불암고등학교 박기성 물속에서 가라앉거나 뜨는 것을 관찰하여 밀도가 다른 물체 비교하기 물을 담을 수 있는 큰 수조, 물, 일반 탄산음료와 다이어트 탄산음료가 들어있는 개봉되지 않은 알루미늄캔 없음 1. 수조나 적당한 그릇에 물을 채운다. 2. 다이어트 탄산음료와 일반 탄산음료를 수조에 넣는다. 3. 관찰한다. 다이어트 탄산음료는 뜰 것이고 일반 탄산음료는 가라앉을 것이다. 만약 이것을 관찰할 수 없다 면 다른 유형의 탄산음료를 가지고 실험한다. 펩시가 잘 되는 것 같다. 왜 이런 현상이 일어날까? 만약 성분을 읽어보았다면 일반 탄산음료에는 많은 양의 설탕이 들어 있다는 것을 보았을 것이다. 물 안에 설탕과립을 조금 떨어뜨리면 가라앉는다. 이것으로 물보다 설탕이 밀도가 크다는 것을 볼 수 있다. 다이어트탄산음료의 성분을 읽어보자. 설탕이 포함되어 있지 않다. 그러나 아마도 아스 파탐이나 뉴트라스위트(인공감미료 아스파탐의 상표명)는 들어 있다. 조금 열어서 물에 과립을 떨 어뜨리면 역시 가라앉는 것을 볼 수 있다. 이것은 물보다 밀도가 크다는 것을 증명한다. 설탕과 아스파탐 모두 물보다 밀도가 크기 때문에 둘의 밀도 차이를 관찰할 수 없다. 이 실험의 열쇠는 각 물질의 사용량이다. 설탕의 양은 캔의 표지에 쓰인 것이 정확하다. 먹었던 모든 탄산음료 캔 속에 포함된 설탕의 양을 보기위해 저울에서 측정하는 것은 흥미 있는 행동이다. 그러나 아스파탐 은 설탕보다 약 200배 더 달다. 이론적으로 설탕의 1/200정도의 아스파탐이 필요한 샘이다. 예를 들어, 소프트음료가 20g 의 설탕을 포함한다면 아스파탐은 단지 0.2g가 같은 당도를 낼 수 있다

16 많은 양의 설탕 때문에 일반 탄산음료가 가라앉는 것이다. 많은 양의 설탕이 캔 속에서 들이 있어 물보다 밀도를 크게 한다. 그렇다면 다이어트 탄산음료가 뜨는 이유는 무엇인가? 탄산음료를 열고 이것을 유리컵 속에 부으면 많은 거품을 볼 수 있다. 이 거품들은 이산화탄소 거품이다. 이것은 공장에서 탄산음료를 만들 때 펌프로 넣은 것이다. 기체는 항상 액체보다 밀도가 크다. 따라서 탄 산수는 순수한 물보다 밀도가 작기 때문에 떠오른다. 적은양의 아스파탐이 이 탄산수에 들어 있지 만 밀도를 바꾸기에는 충분하지 않다. 따라서 캔은 계속 떠오른다. 반대로, 일반 탄산음료는 많은 질량의 설탕을 더하기 때문에 탄산화와 반대되는 효과가 나타나고, 탄산음료의 밀도를 증가시켜 순수한 물보다 밀도가 커져 결국 가라앉는다. 관련 실험 : 다른 물질들이 가라앉는지 뜨는지 실험해보라. 물속에서 그들의 반응을 미리 예측 해보라. 약간 흥미가 있는 물질로 양초, 과일, 채소, 나무, 플라스틱, 알루미늄호일 그리고 캔이나 병에 들어 밀봉되어 있는 다른 형태의 음식이나 음료가 있다

17 학생활동지 실험2. 가라앉음과 떠오름? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 물속에서 가라앉거나 뜨는 것을 관찰하여 밀도가 다른 물체를 비교해 봅시다. - 물을 담을 수 있는 큰 수조, 물, 일반 탄산음료와 다이어트 탄산음료가 들어있는 개봉되지 않은 알루미늄캔 1. 수조나 적당한 그릇에 물을 채운다. 2. 다이어트 탄산음료와 일반 탄산음료를 수조에 넣는다. 3. 어떤 현상이 관찰되는지 모두 써보자. 1. 다이어트 탄산음료는 뜰 것이고 일반 탄산음료는 가라앉을 것이다. 왜 이런 현상이 일어날까? - 다이어트 탄산음료가 뜨는 이유는 이산화탄소 거품 때문이다. 이것은 공장에서 탄산음료를 만들 때 펌프로 넣은 것이다. 기체는 항상 액체보다 밀도가 크다. 따라서 탄산수는 순수한 물보다 밀도 가 작기 때문에 떠오른다. 적은 양의 아스파탐(설탕보다 200배 더 단맛이남)이 탄산수에 들어 있지 만 밀도를 바꾸기에는 충분하지 않다. 그러나 일반 탄산음료는 많은 양의 설탕이 들어 있어 밀도가 증가한다. 따라서 다이어트 탄산음료는 뜨고 일반 탄산음료는 가라앉는다. 물 안에 설탕과립이나 아스파탐을 조금 떨어뜨리면 모두 가라앉는다. 이것으로 물보다 둘 다 밀도가 크다는 것을 볼 수 있다. 결국 같은 단 맛을 내기위해 들어있는 두 물질의 양의 차이 때문에 나타나는 현상이다

18 Density 실험3. 불규칙한 건포도 불암고등학교 박기성 고체의 밀도에 미치는 기체의 영향 관찰하기 건포도, 순수한 탄산음료(7-up, Mt. Dew, 스프라이트 등), 깨끗한 유리잔이나 비커 없음 (1) (2) 1. 탄산음료를 유리잔 끝까지 붓는다. 2. 약 12개의 건포도를 유리잔에 떨어뜨린다. 3. 몇 분 동안 기다리고 관찰한다. 건포도들이 안에 떨어지면 탄산음료보다 밀도가 크기 때문에 가라앉는다. 건포도가 바닥에 닿으면 풍부한 기포들이 각 건포도에 달라붙기 시작한다. 건포도의 밀도가 작아지게 되고, 위로 떠오르게 된다. 표면 가까이 가면서 건포도에 있던 기포들이 터져 공기 중으로 날아가고 건포도는 밀도가 증가하여 다시 가라앉는다. 각 건포도들은 김이 다 빠지거나 거품형성이 멈출 때까지 여러 차례 이 과정을 반복한다. 관련 실험 : 더 낳은 것을 볼 수 있는 다른 종류의 음료수를 가지고 실험해보라. 건포도 대신 방충제(나프탈렌 같은 것)를 사용하라

19 학생활동지 실험3. 불규칙한 건포도 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 고체의 밀도에 미치는 기체의 영향 관찰해봅시다. - 건포도, 순수한 탄산음료(7-up, Mt. Dew, 스프라이트 등), 깨끗한 유리잔이나 비커 (1) (2) 1. 탄산음료를 유리잔 끝까지 붓는다. 2. 약 12개의 건포도를 유리잔에 떨어뜨린다. 3. 몇 분 동안 기다리고 관찰한다. 어떤 현상이 관찰되 는지 모두 써보자. 건포도가 가라앉다 떠오른 것을 반복한다. 이 때, 왜 건포도가 가라앉을까? 또 왜 떠오를까? - 건포도들이 안에 떨어지면 탄산음료보다 밀도가 크기 때문에 가라앉는다. 건포도가 바닥에 닿 으면 풍부한 기포들이 각 건포도에 달라붙기 시작한다. 건포도의 밀도가 작아지게 되고, 위로 떠 오르게 된다. 표면 가까이 가면서 건포도에 있던 기포들이 터져 공기 중으로 날아가고 건포도는 밀도가 증가하여 다시 가라앉는다. 각 건포도들은 김이 다 빠지거나 거품형성이 멈출 때까지 여러 차례 이 과정을 반복한다

20 Density 실험4. 탄산음료 안에 얼마나 많은 기체가 들어 있을까? 불암고등학교 박기성 탄산음료 안에 이산화탄소의 양을 측정하기 탄산음료, 우유 병, 젖병의 꼭지 안전 보안경을 쓴다. 여러 번 사용하면 젖병의 꼭지가 파열될 수도 있다. 눈앞에서 가까이 보지 말아야 한다. 1. 젖병 안에 음료수를 꽉 채워 부어넣는다. 2. 젖꼭지를 돌려서 안전하게 끼워 넣는다. 3. 몇 분 동안 병을 세게 흔든다. 4. 기체로 젖꼭지가 부푼 후, 젖꼭지가 음료수와 기체로 찬 병으로 채워지기 위해 음료수병을 아 래위로 흔들어 준다. 5. 음료수 병을 원래의 상태로 되돌려 놓는다. 천천히 젖꼭지를 돌려서 빼고 기체가 빠져나가는 소리를 듣는다. 다시 닫고 실험을 되풀이하여 실시한다. 병을 세게 흔들면 음료수 병 안에 있는 이산화탄소 분자가 빠르게 움직이기 때문에 더 쉽게 기 체가 빠져나오려고 하는 것이다. 이것은 우리가 음료수를 세게 흔들고 열려고 할 때 생기는 일과 비슷하다. 젖꼭지가 팽창하는 것은 수백만 번의 충돌과 동시에 내벽을 치는 수백만 개의 기체 분 자들 때문이다. 이러한 기압의 증가는 젖꼭지를 팽창하게 만든다. 실험과 관련된 사항: 많은 양의 탄소가 포함되어 있는 다른 종류의 탄산음료로도 실험을 해본다. 승인된 사항: 이 실험은 Wizard라는 사람이 The David Letterman show에서 그의 여러 모습 중 첫 번째로 보여준 실험이다

21 Density 실험5. 순수한 물보다 소금물이 더 밀도가 클까? 불암고등학교 박기성 순수한 물보다 소금물이 더 밀도가 크다는 것 보여주기 달걀, 물, 소금, 비커 또는 먹는 유리컵 없음 물 소금물 1. 물 한 컵에 달걀을 넣는다. 이 때 달걀은 가라않아야 한다.(만약 달걀이 뜬다면, 다른 달걀로 시도한다. 달걀이 오래되면 기체로 가득 차 있어 뜨게 될 수도 있다.). 2. 달걀을 꺼내고 소금 몇 스푼을 넣는다. 이것이 다 용해될 때까지 저어준다. 3. 소금물에 달걀을 넣는다. 그것은 분명히 뜰 것이다. 만약 뜨지 않는다면, 더 많은 소금을 넣고 용해될 때까지 저어준다. 이것은 소금물이 순수한 물보다 밀도가 크다는 사실을 증명하기 위한 고전적인 실험이다. 어떤 물체는 그 용액이 물체를 뜨게 하는 부력을 발휘하기 때문에 뜨게 된다. 만약 부력이 중력이나 무 게보다 더 크다면, 그 물체는 뜨게 될 것이다. 액체가 밀도가 증가 할수록, 부력은 커지게 된다. 소금물은 순수한 물보다 밀도가 크기 때문에 달걀을 뜨게 할 수 있도록 충분한 부력을 더 크게 발휘할 수 있다. 이것이 사람이 순수한 물에서 보다 소금물에서 더 쉽게 뜰 수 있는 이유이다. 어 떤 소금물이 가득 찬 호수에서는, 예를 들면 사해와 같은 곳에서는 가라앉는 것은 거의 일어날 수 가 없다. 관련실험: 다음에 바다에 가게 되면 소금물 한 병을 가지고 와서 위와 같은 실험해보라

22 학생활동지 실험5. 순수한 물과 소금물의 밀도 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 순수한 물보다 소금물이 더 밀도가 크다는 것을 관찰해 봅시다. - 달걀, 물, 소금, 비커 또는 먹는 유리컵 물 소금물 1. 물 한 컵에 달걀을 넣는다. 이 때 달걀은 가라않아야 한다.(만약 달걀이 뜬다면, 다른 달걀로 시도한다. 달걀이 오래되면 기체로 가득 차 있어 뜨게 될 수도 있다.). 2. 달걀을 꺼내고 소금 몇 스푼을 넣는다. 이것이 다 용해될 때까지 저어준다. 3. 소금물에 달걀을 넣는다. 어떤 현상이 일어나는가? 1. 달걀 뜬다. 만약 뜨지 않는다면, 더 많은 소금을 넣고 용해될 때까지 저어준다. 이 때, 달걀은 왜 떠오를까? - 어떤 물체는 그 용액이 물체를 뜨게 하는 부력을 발휘하기 때문에 뜨게 된다. 만약 부력이 중 력이나 무게보다 더 크다면, 그 물체는 뜨게 될 것이다. 액체는 밀도가 증가 할수록, 부력은 커지 게 된다. 소금물은 순수한 물보다 밀도가 크기 때문에 달걀을 뜨게 할 수 있도록 충분한 부력을 더 크게 발휘할 수 있다. 이것이 사람이 순수한 물에서 보다 소금물에서 더 쉽게 뜰 수 있는 이유 이다. 어떤 소금물이 가득 찬 호수에서는, 예를 들면 사해와 같은 곳에서는 가라앉는 것은 거의 일어날 수가 없다

23 Density 실험6. 액체층 불암고등학교 박기성 어떤 액체들이 다른 액체들보다 밀도가 더 큰지 보여주기 Karo syrup(어두운), 식물성 오일, 식용색소, 비커와 깨끗한 유리컵, 물 없음 오일 물 Karo 시럽 1. 물로 유리컵을 일부분 채운다. 식용색소 몇 방울을 떨어뜨린다. 나중에 사용할 때를 대비해 옆 에 놓아둔다. 2. 깨끗한 유리컵이나 비커에 어두운 색깔의 Karo 시럽을 붓는다. 3. Karo 시럽의 맨 위에 식물성 오일을 붓고 무슨 일이 일어나는지 관찰한다. 4. Karo 시럽과 오일의 맨 위에 식용색소를 탄 물을 붓고 무슨 일이 일어나는지 관찰한다. 세 개의 액체는 밀도가 다르기 때문에 섞어도 전혀 다른 층을 형성한다. 더 밀도가 큰 액체는 바 닥에 위치할 것이고, 가장 밀도가 작은 액체는 맨 위에 뜰 것이다. 이것이 오일이 물의 가장 위에 뜨는 이유이다. 관련실험: 다른 액체를 가지고 자신만의 농도에 따른 물기둥을 형성하는 실험을 해보라. 그 액 체들의 조합을 알았을 때 투명하게 비치는 병이나 플라스틱 음료수 통에 영구히 밀봉해서 보관하 도록 해야 한다

24 Density 실험7. cartesian 다이버 불암고등학교 박기성 양성, 음성 그리고 중립적 부력 실험 2L 병, 물, 안약주입기(유리에 고무 밸브가 있는) 없음 1. 물로 2L 병의 가장자리까지 채운다. 2. 안약주입기를 떨어뜨린다. 3. 병을 단단히 밀봉한다. 4. 안약주입기가 바닥에 가라앉을 때까지 병을 강하게 누른다. 5. 병을 누르는 압력을 조절하여 안약주입기가 정지 상태를 유지하도록 시도한다. 병에 압력을 가하면, 물은 안약주입기에 힘을 작용하게 되고, 밀도는 증가하여 바닥에 가라앉는 다. 이것이 음성부력이다. 병이 이완되었을 때, 안약주입기 속에 있던 압축된 공기가 물에 힘을 작용하여 밖으로 나오면, 밀도는 물보다 작아지고 안약주입기는 병위까지 떠오르게 된다. 안약주 입기에 작용하는 물의 양을 조절하면, 가라앉지도 뜨지도 않는 정지한 상태를 만들 수 있다. 이것 이 부력평형이다. 관련 실험 : 이것을 보일의 법칙의 좋은 실례이다. 위 설명은 기체에 압력을 가하면 그 부피는 줄어드는 것을 나타낸다. 물이 안약주입기에 힘을 작용하면 안쪽의 공기는 나갈 곳이 없어 안약주 입기 안에서 압축된다. 따라서 같은 양의 공기가 더 좁은 공간에 있기 때문에 더 큰 압력 하에 있게 된다

25 학생활동지 실험7. cartesian 다이버 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 부력을 느껴봅시다. - 2L 병, 물, 안약주입기(유리에 고무 밸브가 있는) 1. 물로 2L 병의 가장자리까지 채운다. 2. 안약주입기를 떨어뜨린다. 3. 병을 단단히 밀봉한다. 4. 안약주입기가 바닥에 가라앉을 때까지 병을 강하게 누른다. 안약주입기는 어떻게 되는가? 5. 병을 누르는 압력을 조절하여 안약주입기가 정지 상태를 유지하도록 시도한다. 1. 병에 압력을 가하면 안약주입기가 가라앉는다. 왜 가라앉을까? - 병에 압력을 가하면, 물은 안약주입기에 힘을 작용하게 되고, 밀도는 증가하여 바닥에 가라앉는 다. 병이 이완되었을 때, 안약주입기 속에 있던 압축된 공기가 물에 힘을 작용하여 밖으로 나오 면, 밀도는 물보다 작아지고 안약주입기는 병위까지 떠오르게 된다. 안약주입기에 작용하는 물의 양을 조절하면, 가라앉지도 뜨지도 않는 정지한 상태를 만들 수 있다

26 Density 실험8. 무거운 풍선 만들기 잠신고등학교 이동수 - 이산화탄소가 공기보다 무겁다는 것을 증명한다 mL 또는 1200mL 용량의 플라스틱 병 - 풍선 - 베이킹소다 - 소다 - 깔때기 식초와 베이킹소다 - 안전고글 착용 1. 플라스틱 병 안에 베이킹소다를 티스푼으로 3스푼을 담는다. 2. 깔때기를 사용하여 풍선에 식초를 거의 다 찰 때까지 채운다. 3. 풍선 입구를 잡아 늘여 병 입구에 끼우고 식초가 새지 않도록 풍선을 쥔다. 4. 풍선이 병 입구에 단단히 고정되면 풍선을 뒤집어서 식초가 병 안으로 들어갈 수 있게 한다. 5. 베이킹소다와 풍선안의 식초가 반응하여 이산화탄소가 발생하고 풍선은 부풀게 된다. 풍선의 팽창이 멈추는 순간 풍선을 잡고 병으로부터 분리한 뒤 묶는다. 6. 당신의 호흡으로 이산화탄소가 담긴 풍선과 같은 크기의 풍선을 분다. 7. 똑같은 높이에서 동시에 떨어뜨려 어느 풍선이 땅에 제일 먼저 떨어지는지 기록한다. - 이산화탄소는 공기보다 대략 3배정도 무겁다. 따라서 이산화탄소로 차있는 풍선이 공기로 채워 진 풍선보다 훨씬 빨리 땅에 떨어질 것이다. 관련된 실험: 부풀어져 있는 상태의 두 풍선(하나는 이산화탄소, 다른 하나는 공기)을 나란히 옆에 두고 하루 밤을 지낸다. 당신은 공기가 빠져나가는 속도의 차이점을 알 수 있나요?

27 학생활동지 실험8. 무거운 풍선 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 이산화탄소가 공기보다 무겁다는 것을 증명한다 mL 또는 1200mL 용량의 플라스틱 병 - 풍선 - 베이킹소다 - 소다 - 깔때기 - 안전고글 착용 식초와 베이킹소다 1. 플라스틱 병 안에 베이킹 소다를 티스푼으로 3스푼을 담는다. 2. 깔때기를 사용하여 풍선에 식초를 거의 다 찰 때까지 채운다. 3. 풍선 입구를 잡아 늘여 병 입구에 끼우고 식초가 새지 않도록 풍선을 쥔다. 4. 풍선이 병 입구에 단단히 고정되면 풍선을 뒤집어서 식초가 병 안으로 들어갈 수 있게 한다. 5. 베이킹 소다와 풍선안의 식초가 반응하여 이산화탄소가 발생하고 풍선은 부풀게 된다. 6. 풍선의 팽창이 멈추는 순간 풍선을 잡고 병으로부터 분리한 뒤 묶는다. 7. 당신의 호흡으로 이산화탄소가 담긴 풍선과 같은 크기의 풍선을 분다. 8. 똑같은 높이에서 동시에 떨어뜨려 어느 풍선이 땅에 제일 먼저 떨어지는지 기록한다

28 1. 베이킹소다(NaHCO 3 )와 풍선안의 식초(CH 3 COOH)의 반응으로 이산화탄소(CO 2 )가 발생한다. 이때의 화학 반응식은? - 이산화탄소로 차있는 풍선이 공기로 채워진 풍선보다 훨씬 빨리 땅에 떨어질 것이다. 그 이유는? 관련된 실험: 부풀어져 있는 상태의 두 풍선(하나는 이산화탄소, 다른 하나는 공기)을 나란히 옆에 두고 하루 밤을 지낸다. 당신은 공기가 빠져나가는 속도의 차이점을 알 수 있나요?

29 Density 실험9. 재미있는 이산화탄소 잠신고등학교 이동수 - 이산화탄소가 공기보다 무겁다는 것을 증명하고 불꽃에 대한 이산화탄소의 영향을 관찰한다. - 유리병 또는 그것을 대신 할 수 있는 병, 베이킹소다, 식초, 양초, 성냥 - 지도교사의 지도하에 학생들은 성냥을 다루도록 한다. 1. 양초에 불을 켜고 옆에 세운다. 2. 병 안에 베이킹소다를 티스푼으로 3스푼 담는다. 3. 대략 1온스 또는 30mL의 식초를 베이킹소다에 첨가한다. 4. 반응이 끝난 후에 생성된 이산화탄소를 초위에 붓는다. 병 안에 있는 액체는 쏟아지지 않게 주 의한다. 초는 분명히 꺼질 것이다. - 이산화탄소는 베이킹소다와 식초의 반응으로 생성된다. 이 기체는 공기보다 훨씬 밀도가 크고 무겁다. 따라서 이 기체는 공기에 가라앉는 경향이 있기 때문에 부을 수 있다. 이산화탄소가 초의 불꽃 주위에 있는 산소와 대체되기 때문에 불꽃은 소멸된다. 관련된 실험: 이산화탄소가 더 밀도가 크기 때문에 이산화탄소는 용기의 밑바닥에 남아있는 경 향이 있다. 긴 성냥을 이용하여 성냥에 불을 붙여 이산화탄소가 담긴 용기의 밑바닥에 삽입을 한 다. 반드시 불은 꺼질 것이며 이 실험을 몇 번이고 반복할 수 있다. (이산화탄소가 공기 중으로 날아가지 않기 때문)

30 Density 실험10. 적절한(중간의) 부력-part 1 잠신고등학교 이동수 [email protected] - 액체에 있는 고체의 중간 부력을 만들기 위해 - 필름 통 - 여러 종류의 작은 못, 나사, 클립 등 - 안약 떨어드리는 것 - 물 - 깨끗한 유리컵 또는 비커 - 이 실험은 하기에 아주 어렵다. 또한 강한 인내심을 요구한다. 1. 필름통 안에 여러 가지 물건들을 통이 막 뜰 때 까지 담는다. 2. 필름 통이 물 중간에서 멈출 때까지 물은 한 방울씩 떨어뜨리고 수면에 바람을 불어본다. 분명 히 가라앉지도 뜨지도 않고 필름 통이 수면에 일부라도 뜨지 않을 것이다. 만약 물체가 가라앉는다면 물속의 부력이 적다고 할 수 있다. 만약 물체가 떠오른다면 물속의 부 력이 큰 것이다. 만약 물체가 뜨지도 가라앉지도 않는다면 물속의 부력이 적당한 것이다. 이러한 상황은 액체의 부력이 정확히 물체의 무게와 일치할 때 존재한다. 관련된 실험: 많은 수의 캔 안에 담긴 음료수들은 적절한 부력에 아주 근접하다. 당신은 물에 소금을 첨가하거나 물을 뜨겁게 혹은 차갑게 함으로서 이들의 밀도를 변화 시킬 수 있다

31 Density 실험11. 적절한(중간의) 부력-part 2 잠신고등학교 이동수 [email protected] - 공기 중에서 헬륨풍선의 중간 부력을 만들기 위해 - 헬륨으로 채워진 풍선 - 꼰실 - 스티로폼 컵 - 물 - 안약 떨어뜨리는 것 - 이 실험은 약간의 인내심을 요구한다. 1. 스티로폼 위쪽에 펜이나 연필을 이용하여 2개의 구멍을 뚫는다. 2. 양 끝에 끈을 이용하여 묶는다. 3. 이것을 헬륨풍선에 묶는다. 풍선은 묶는 순간 뜰 것이다. 만약 뜨지 않는다면 풍선에 헬륨을 더 넣는다. 4. 실험물이 공기 중에 가운데에서 멈추기 전까지 컵 안에 물방울을 넣는다. 이것은 중간의 부력 으로 알려져 있다. 공기의 흐름이 있는데 에서는 이 실험을 하지 마라. - 헬륨은 대기 중의 공기보다 가볍기 때문에 헬륨풍선은 뜬다. 공기가 풍선을 위로 미는 부력이 아래로 미는 중력(측량된 풍선의 무게)보다 훨씬 크다. 컵에 물을 첨가함으로써 우리는 풍선의 무 게와 공기의 부력을 똑같게 할 수 있다. 관련된 실험: 물을 떨어뜨리는 대신 당신은 클립, M & M, 또 다른 가벼운 물체를 대신하여 사용 할 수 있다

32 Air Pressure 실험1. 찌그러지는 소다 캔 잠신고등학교 이동수 - 기압을 통해서 소다 캔 찌그러뜨리기 - 빈 소다 캔, 열 공급원, 물, 얕은 쇠로된 파이 펜, 냄비 집게, 얼음 - 안전고글 착용, 끓는 물을 조심할 것, 집게 없이 뜨거운 소다 캔을 잡지 말 것 (1) (2) (3) 1. 대략 1인치 정도 빈 소다 캔에 물을 채워라. 2. 캔을 버너나 전열기 위에 올려라. 3. 캔이 가열되는 동안, 얕은 파이 팬에 대략 절반 정도 물을 채워라. 그리고 얼음을 물에 넣어라. 4. 캔에 증기가 오르는 것이 보이면 그 후로 2-3분 더 가열해라. 5. 캔을 집게로 잡고 그리고 빠르게 뒤집어서 팬의 차가운 물에 넣어라. 캔은 즉시 안쪽으로 파열 될 것이다. - 캔이 가열되는 동안 캔 안에 있는 공기 역시 가열되고 팽창하고 캔 밖으로 나온다. 캔은 증기로 차고 이 증기는 남아 있는 공기의 대부분을 밀어낸다. 캔이 팬의 찬 물에 뒤집어져서 넣어질 때 증기는 즉시 액체 물에 응축된다. 증기로 가득 찬 캔은 몇 방울의 물로도 응축할 것이다. 그래서 캔 안에 있는 것은 부분적인 진공(-거의 아무것도 없는-)이다. 캔의 뚜껑이 물속에 있는 한, 공기 는 이 진공을 채우기 위해 들어 올 수 없다. 그러나 캔의 바깥은 여전히 공기로 둘러 싸여 있다. 그리고 기압은 14.7 lbs 의 힘으로 누른다. 1인치 2 당 보통은 안쪽의 공기가 밖으로 미는 힘은 이 기압과 균형을 이룬다. 그러나 우리가 캔 안쪽의 공기를 없앴기 때문에 그리고 밖의 기압이 여전 히 캔 주위에 작용하기 때문에 캔은 밖의 14.7 lbs 의 기압 때문에 즉시 찌그러든다. 1인치 2 당 이 것은 우리 주위에 있는 공기의 엄청난 힘의 훌륭한 예이다

33 학생활동지 실험1. 찌그러지는 소다 캔 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 기압을 통해서 소다 캔 찌그러뜨리기 - 빈 소다 캔 - 열 공급원 - 물 - 얕은 쇠로된 파이 펜 - 냄비 집게 - 얼음 - 안전고글 착용, 끓는 물을 조심할 것, 집게 없이 Em거운 소다 캔을 잡지 말 것 1. 대략 1인치 정도 빈 소다 캔에 물을 채워라. 2. 캔을 버너나 전열기 위에 올려라. 3. 캔이 가열되는 동안, 얕은 파이 팬에 대략 절반 정도 물을 채워라. 그리고 얼음을 물에 넣어라. 4. 캔에 증기가 오르는 것이 보이면 그 후로 2-3분 더 가열해라. 5. 캔을 집게로 잡고 그리고 빠르게 뒤집어서 팬의 차가운 물에 넣어라. 캔은 즉시 안쪽으로 파열 될 것이다. (1) (2) (3)

34 1. 캔이 가열되는 동안 캔 안에 있는 공기의 변화는? - 1인치 2 당 보통은 안쪽의 공기가 밖으로 미는 힘은 기압과 균형을 이룬다. 캔 안쪽의 공기를 없 애면 캔이 즉시 찌그러드는 이유는?

35 Air Pressure 실험2. 공기의 힘 잠신고등학교 이동수 - 기압을 이용하여 8온스의 물을 지탱하기 - 8온스, 플라스틱, 스티로폼 또는 종이컵 - 3*8 색인 카드 - 물 - 사고에 대비하여 싱크대 위에서 실험을 할 것 1. 컵을 넘치도록 물을 채워라. 2. 3*8 카드를 컵 위에 올려나라. 카드가 컵의 위를 완전히 덮었는지 확실히 해라. 그렇지 않다면 큰 카드, 혹은 더 작은 컵으로 대체하라. 3. 손을 카드 위에 올려놓은 채, 물을 채운 컵을 천천히 뒤집어라. 4. 손을 치워라. 그러면 카드가 컵의 물을 지탱하는 것이 보인다. 기압은 모든 방향으로 14.7 lbs 의 힘으로 누른다. 1인치 2 당 그러므로 그것은 카드의 표면에 220 lbs 이상의 힘을 쓰고 있는 것이다. 이것은 단지 8온스-컵 속의 물로 인한 힘 보다 훨씬 큰 힘이 다. 그러나 공기가 안 보이기 때문에, 그것은 단지 카드가 컵 속의 물을 지탱하는 것처럼 보인다. 이것은 우리 주위에 존재하는 기압의 믿기지 않는 힘에 대한 놀라운 또 다른 예이다

36 Air Pressure 실험3. 자 부러뜨리기 잠신고등학교 이동수 - 기압의 도움을 받아서 손으로 자를 부러뜨리기 - 철물점에서 구입할 수 있는 값싼 자 - 신문지 - 손에 멍이 드는 것과 가시를 피하기 위해 장갑을 끼고 실험을 할 것 1. 대략 4-6인치라 탁자 밖으로 나오게 탁자에 자를 올려놓아라. 2. 자의 중심을 덮게 자 위로 넓은 신문지를 놓아라. 손으로 신문지를 펴라. 3. 손으로 빠르게 태권도 수도격파 스타일로 자를 내려 쳐라. 핵심은 탁자에 가능하게 가까이 내 려치는 것이다. 물론 탁자를 치지 않고 말이다. 4. 자는 신문지의 약간의 움직임과 함께 깨끗하게 반으로 부러져 있을 것이다. 그리고 다행히도 당신의 손에 아주 작은 손상을 주고 말이다. 기압은 신문지의 표면에 작용하고 있다 lbs 넘는 힘으로! 신문지의 표면이 대략 621 인치 2 이고, 기압이 14.7 lbs 의 힘으로 누르기 때문이다. 1인치 2 당, 신문지 표면에 믿을 수 없는 엄청난 힘으로 기압이 작용하기 때문이다 lbs 넘는 힘, 이것은 2대의 차가 자 위에 올려져 있는 힘 과 동등하다. 이제 신문지가 움직이지 않고 자가 깨끗하게 절반으로 부러졌는지 쉽게 알 수 있다

37 Air Pressure 실험4. 병 속의 풍선 잠신고등학교 이동수 - 물이 찬 풍선을 건들이지 않고 병 속으로 넣기 - 풍선, 성냥, 신문, 빈 마요네즈 또는 젤리 병, 물, 빨대 - 성냥과 불에 조심할 것, 병이 식기 전에 만지지 마라. 1. 병의 입구보다 약간 크게 풍선에 물을 채우고 묶어라. 풍선은 병에 떨어지지 않고 위에 올려져 있어야 한다. 2. 풍선을 치우고, 병 밑바닥에 느슨한 신문지 뭉치를 넣어라. 3. 성냥에 불을 켜고 신문지 위에 떨어뜨려라. 4. 불길이 없어지려고 할 때, 풍선을 병의 입구에 올려놓아라. 5. 풍선은 병에 빨려 들어갈 것이다. 그리고 밑바닥에 떨어질 것이다. 이 현상이 일어나지 않으면 조정이 필요할 것이다. 풍선이 너무 클 수 있다. 풍선을 병 입구에 너무 빨리 혹은 너무 일찍 놓 았을 수 도 있다. 침착하게 다시 실험해라. 이번에 잘 될 것이다. 6. 풍선이 병 안에 들어 간 후, 다시 꺼내기 힘들 것이다. 빨대를 병 안, 풍선 밑에 넣어라. 이제 풍선은 들어 올려 질 것이고, 상대적으로 쉽게 풍선을 꺼낼 수 있을 것이다. (1) (2) (3) (4) (5)

38 공기의 분자들이 뜨거워지면, 그것들은 빨리 움직이고 확장된다. 그러므로 병 속의 공기를 많이 없어지게 한다. 이것은 일반적으로 오해하는 것처럼, 뜨거운 공기가 위로 뜨는 것과는 다르다. 공 기가 확장하면서 그것이 찾을 수 있는 열린 곳으로 도망가는 것이다. 그래서 그것은 뜨거운 공기 가 위로 뜨는 것처럼 보인다. 이것은 병 속에 부분적인 진공을 마든다. 다시 말해, 병 속에 적은 공기 분자가 있기 때문에 병 속의 기압은 병 밖의 기압보다 낮다. 병 밖의 기압이 더 크기 때문 에, 이것이 풍선을 병 속으로 밀어 넣는다. 마치 빨려 들어간 것처럼 보인다. -풍선은 병 속으로 빨려 들어간 것이 아니라 밀어 넣어진 것이다. 이것은 불꽃이 산소를 소비하기 때문에 불꽃에 의해 소모한 산소가 병 안의 기압을 내리는 것이 라고 생각하기 쉽게 만든다. 사실, 산소가 소모될 때 생겨나는 가스들 말하자면 CO 2, H 2 O는 산소 와 같은 비율로 생성된다. 그러므로 이런 설명으로는 병 속의 기압이 하락하는 것을 설명하기엔 적합하지 않다. 빨대를 이용해 풍선을 제거할 때 빨대를 넣으면 바깥의 공기가 병 속으로 들어감 으로써 부분적으로 존재했던 병소의 진공상태를 파괴한다. 이것은 병 안의 압력을 대기압과 같게 만들어 주어서 좀 더 쉽게 풍선을 제거할 수 있게 해준다. 빨대를 넣기 전에는 병 속에서 풍선을 미는 힘보다 바깥에서 미는 힘이 더 강하다. 그래서 풍선을 제거하기는 힘든 것이다. 사례: 나는 이 실험을 1989년 미국 오하이오주 컬럼버스에서 과학교사들을 위한 학회에서 위자 드씨에 의해 처음 보았었다. 관련 실험: 굳게 삶은 달걀은 물을 채운 풍선 대용으로 쓸 수 있다. 이때는 병목이 좁은 병을 사용해야 한다

39 학생활동지 실험4. 병 속의 풍선 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 물이 찬 풍선을 건들이지 않고 병 속으로 넣기 - 풍선, 성냥, 신문, 빈 마요네즈 또는 젤리 병, 물, 빨대 - 성냥과 불에 조심할 것, 병이 식기 전에 만지지 마라. 1. 병의 입구보다 약간 크게 풍선에 물을 채우고 묶어라. 풍선은 병에 떨어지지 않고 위에 올려져 있어야 한다. 2. 풍선을 치우고, 병 밑바닥에 느슨한 신문지 뭉치를 넣어라. 3. 성냥에 불을 켜고 신문지 위에 떨어뜨려라. 4. 불길이 없어지려고 할 때, 풍선을 병의 입구에 올려놓아라. 5. 풍선은 병에 빨려 들어갈 것이다. 그리고 밑바닥에 떨어질 것이다. 이 현상이 일어나지 않으면 조정이 필요할 것이다. 풍선이 너무 클 수 있다. 풍선을 병 입구에 너무 빨리 혹은 너무 일찍 놓 았을 수 도 있다. 침착하게 다시 실험해라. 이번에 잘 될 것이다. 6. 풍선이 병 안에 들어 간 후, 다시 꺼내기 힘들 것이다. 빨대를 병 안, 풍선 밑에 넣어라. 이제 풍선은 들어 올려 질 것이고, 상대적으로 쉽게 풍선을 꺼낼 수 있을 것이다. (1) (2) (3) (4) (5)

40 1. 삶은 달걀로 이 실험을 하였다면? - 풍선이 병 안에 들어간 후 빨대를 병 안, 풍선 밑에 넣으면 풍선이 상대적으로 쉽게 들어 올려 지고 쉽게 풍선을 꺼낼 수 있는 이유는?

41 Air Pressure 실험5. 컵 속의 진공 잠신고등학교 이동수 - 두 개의 풍선을 컵을 진공 상태로 만듦으로써 풍선의 바깥에 신비롭게 부착 - 풍선, 두 개의 스티로폼 컵 - 컵들의 위치를 정하는데 노력이 필요함 1. 풍선에 두개의 스티로폼 컵들을 놓고 풍선을 분다. 2. 두개의 스티로폼 컵은 풍선에 붙을 것이다. 컵들의 위 치를 정하는 것은 조금의 노력이 필요할 수 있다. 풍선이 팽창하면서, 컵 안에 들어있는 공기를 밖으로 밀어내며 각 컵에 부분적인 진공상태를 만들 어 낸다. 바깥의 공기의 기압이 이재 각 컵 안의 기압보다 강하지 때문에, 컵 밖으로 밀어내기 때 문에 풍선에 붙어있게 만든다

42 Air Pressure 실험6. 술 마시는 빨대와의 모험 잠신고등학교 이동수 - 빨대로 용액을 빨아들일 수 없다는 사실을 보여 주기 위해 - 빨대, 컵, 물, 가위 없음 1. 빨대를 컵 안에 넣고 빨대를 빨아들여 물을 마신다. 2. 이제 빨대를 제거하고 가위를 사용하여 빨대에 물이 올라가는 선에 조그만 구멍을 잘라낸다. 3. 빨대를 꽂고 마시기를 시도한다. 당신은 구멍 난(결함 있는) 빨대로는 절대 물을 절대로 먹을 수 없을 것이다. (1) (2) 이것은 빨대를 통해 마실 때 빨대를 빨아 용액을 입으로 들어 올리는 거라고 생각하기 쉽다. 이것 은 사실이 전혀 아니지는 않다. 거기에 흡입(빨아올림)같은 것은 존재하지 않는다. 사실, 당신은 빠대 밖의 공기를 빨아들이고 그것으로 인해 빨대 안은 진공상태가 된다. 공기의 압력이 물을 밀 고 있기 때문에 물은 빨대로 밀어 올려져 입으로 들어가게 된다. 빨대 안에 구멍을 내면 이것은 진공상태를 없애고 공기는 빨대로 들어가게 되며 그로 인해 마실 수 없게 되는 것이다

43 Air Pressure 실험7. 페트병의 최후 오륜중학교 박숙민 - 기압만을 이용하여 2 L짜리 페트병을 찌그러뜨릴 수 있다. - 2 L 페트병 - 페트병을 미리 세척하도록 한다. 1. 페트병의 입구에 입을 대고 공기를 흡입한다. 2. 병이 안쪽으로 찌그러질 것이다. - 이것은 매우 간단한 실험을 통해서 심오한 원리를 설명할 수 있다. 우리는 병을 안쪽으로 빨아 들이진 않았다. 우리는 병 바깥쪽으로 소량의 공기를 내보내서 병 안쪽에 부분적인 진공을 만들었 을 뿐이다. 그 결과 병 안쪽보다 바깥쪽의 기압이 더 크기 때문에 병은 안쪽으로 밀리게 된다

44 Air Pressure 실험8. 높이와 기압 오륜중학교 박숙민 - 높이 올라갈수록 기압이 낮아진다는 사실을 설명할 수 있다. - 2 L 페트병, 못, 전기테이프, 물 - 테이프가 잘 붙을 수 있도록 병의 표면에 물기를 제거한다. 1. 못을 사용하여 병의 옆쪽에 세로줄로 3개의 구멍을 뚫는다. (구멍의 위치 - 병의 중간, 병의 꼭 대기, 병의 바닥) 2. 각각의 구멍에 테이프를 붙인다. 3. 병에 물을 채우고 3개의 테이프를 동시에 제거한다. 4. 병의 바닥 쪽에 있는 구멍에서 흘러나오는 물줄기가 나머지 구멍보다 더 멀리 가고, 병의 꼭대 기에서 흘러나오는 물줄기가 가장 멀리 가지 못한다. - 공기와 물은 모두 유체이므로 비슷한 성질이 많다. 병의 아래쪽에 있는 물이 위쪽에 있는 물의 무게로 인하여 가장 큰 압력을 받기 때문에 병의 바닥 쪽에 있는 구멍의 물줄기가 가장 멀리가게 된다. 위로 수백만 마일 뻗어 있는 공기의 바다를 상상해 보자. 당신이 이 공기의 바다의 바닥에 서 있다면, 공기의 바다 꼭대기보다 훨씬 더 큰 공기의 무게가 존재한다. 왜냐하면 위로 갈수록 공기의 양이 줄기 때문에 기압도 낮아지게 된다. 이것으로 매우 높이 올라가면 숨쉬기 힘들다든 지, 산 정상에서 물이 낮은 온도에서 끓는다든지, 비행기로 여행할 때 귀가 먹먹한지를 설명할 수 있다

45 학생활동지 실험8. 높이와 기압 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 높이와 기압과의 관계를 설명할 수 있다. - 2 L 페트병, 못, 전기테이프, 물 - 테이프가 잘 붙을 수 있도록 병의 표면에 물기를 제거한다. - 못으로 페트병에 구멍을 뚫을 때 구멍의 크기를 같게 하도록 한다. 1. 못을 사용하여 병의 옆쪽에 세로줄로 3개의 구멍을 뚫는다. (구멍의 위치 - 병의 중간, 병의 꼭 대기, 병의 바닥) 2. 각각의 구멍에 테이프를 붙인다. 3. 병에 물을 채우고 3개의 테이프를 동시에 제거한다. 4. 각 구멍에서 나오는 물줄기의 모습을 그림으로 나타내어 보시오

46 1. 페트병의 마개를 한 다음 위의 실험을 하였을 때 물줄기의 모습은 어떠할지 생각하여 보자. 2. 각 구멍에서 나오는 물줄기의 세기가 다른 이유는 무엇인지 생각하여 보자. - 공기와 물은 모두 유체이므로 비슷한 성질이 많다. 병의 아래쪽에 있는 물이 위쪽에 있는 물의 무게로 인하여 가장 큰 압력을 받기 때문에 병의 바닥 쪽에 있는 구멍의 물줄기가 가장 멀리가게 된다. 위로 수백만 마일 뻗어 있는 공기의 바다를 상상해 보자. 당신이 이 공기의 바다의 바닥에 서 있다면, 공기의 바다 꼭대기보다 훨씬 더 큰 공기의 무게가 존재한다. 왜냐하면 위로 갈수록 공기의 양이 줄기 때문에 기압도 낮아지게 된다. 이것으로 매우 높이 올라가면 숨쉬기 힘들다든 지, 산 정상에서 물이 낮은 온도에서 끓는다든지, 비행기로 여행할 때 귀가 먹먹한지를 설명할 수 있다

47 Air Pressure 실험9. 사람 들어올리기(공중 부양) 오륜중학교 박숙민 - 공기만 사용하여 사람을 들어 올릴 수 있다. - 큰 쓰레기봉투, 빨대 10개, 전기테이프, 사람 13명 - 사람이 떨어지지 않는 것을 확인하기 위해서, 떠오르는 사람의 양쪽에 감시원을 2명 배치한다. 1. 쓰레기봉투의 양쪽에 봉투의 이음새를 따라 같은 간격으로 구멍을 4개씩 뚫고, 빨대를 약 1 인 치 정도 봉투 속으로 밀어 넣는다. 2. 봉투의 막힌 바닥 쪽에 빨대를 2개 밀어 넣는다. 3. 전기 테이프를 이용하여 봉투의 터진 입구를 막고, 빨대 주면에도 밀봉을 위해 전기 테이프를 붙인다. 4. 위의 봉투를 실험대 위에 놓는다. 5. 봉투 위에 사람의 몸이 전부 올라가기 위해서 무릎을 가슴 쪽으로 붙여서 앉도록 한다. 6. 봉투가 완전히 부풀어 올라 사람이 올라올 수 있도록 10명의 사람이 각각의 빨대를 이용하여 봉투 속으로 공기를 불어 넣는다. 7. 봉투가 찢어지면 테이프로 간단하게 수리하고 다음번에는 더 강한 백을 사용하도록 한다. - 이 실험에서 일어나는 현상을 미스터리가 아니다. 봉투가 공기로 부풀면서 괴력을 뿜어내기 시 작한다. 이 방법은 자동차 사고로 인해 부서진 잔해들을 제거하는데 쓰이고 있다. 평평하고 납작 한 무거운 풍선을 부서진 잔해 밑에 깔고 공기를 불어 넣으면, 400파운드 이상을 들어 올릴 수 있 다

48 Air Pressure 실험10. 공기도 공간을 차지할까? 오륜중학교 박숙민 - 공기가 부피를 지니고 공간을 차지한다는 사실을 설명할 수 있다. - 휴지, 유리컵, 수조(유리컵보다 깊은 그릇), 물 - 유리컵을 넣거나 뺄 때 천천히 움직여서 잘못된 결과가 나 오지 않도록 각별히 주의시킨다. 1. 휴지 한 장을 뭉쳐서 유리컵의 바닥에 넣는다. 2. 유리컵을 물이 담긴 수조의 바닥에 닿을 때가지 똑바로 뒤집어 넣는다. 3. 유리컵을 꺼내서 컵 속의 휴지를 꺼낸다. 휴지는 여전히 말라있다. - 유리컵은 공기로 차 있기 때문에 물이 유리컵 속으로 들어갈 수 없어서 휴지는 젖지 않는다. 이것이 공기가 부피를 지니고 공간을 차지한다는 확실한 증거이다. 공기와 물은 같은 공간을 차지 할 수 없다. 만약 유리컵을 기울여서 넣는다면 공기가 빠져나갈 수 있으므로 물이 들어갈 수 있 다

49 학생활동지 실험10. 공기도 공간을 차지할까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 공기가 부피를 지니고 공간을 차지한다는 사실을 설명할 수 있다. - 휴지, 유리컵, 수조(유리컵보다 깊은 그릇), 물 - 유리컵을 물에 넣거나 뺄 때 물이 튀지 않도록 천천히 움직이도록 한다. 1. 휴지 한 장을 뭉쳐서 유리컵의 바닥에 넣는다. 2. 유리컵을 뒤집어서 물이 담긴 수조의 바닥에 닿을 때가지 똑바로 천천히 넣는다. 그 순간의 모 습을 그림으로 나타내고 간단하게 설명하시오. <그림> <설명> 3. 유리컵을 똑바로 천천히 꺼내서 컵 속의 휴지를 꺼낸다. 휴지의 상태는 어떠한지 간단하게 쓰 시오

50 1. 실험 과정 2 와 같은 결과가 나온 이유를 병 속의 공기의 성질을 이용하여 설명하여 보자. 2. 실험 과정 3 과 같은 결과가 나온 이유를 병 속의 공기의 성질을 이용하여 설명하여 보자. 3. 실험 과정 2 에서 컵을 기울여서 물에 넣으면 어떤 결과가 나올지 예상한 결과를 쓰고, 그렇 게 생각한 이유를 쓰시오. - 유리컵은 공기로 차 있기 때문에 물이 유리컵 속으로 들어갈 수 없어서 휴지는 젖지 않는다. 이 것이 공기가 부피를 지니고 공간을 차지한다는 확실한 증거이다. 공기와 물은 같은 공간을 차지할 수 없다. 만약 유리컵을 기울여서 넣는다면 공기가 빠져나갈 수 있으므로 물이 들어갈 수 있다

51 Air Pressure 실험11. 병 속에서 풍선 불기 오륜중학교 박숙민 - 공기의 힘이 얼마나 센지 느낄 수 있다. - 풍선, 2L 페트병, 송곳 - 없음 1. 풍선의 입구를 제외하고 나머지 부분을 병 속에 전부 넣는다. 2. 풍선을 불어 본다. 성공하기 힘들 것이다. - 병은 비어 있지 않다. 즉, 병은 공기로 차 있다. 이 공기는 폐가 작용할 수 있는 힘보다 더 강 한 무서운 힘을 발휘한다. 우리가 풍선을 불려고 시도하면, 풍선이 병 속의 공기를 밀게 되고, 공 기도 역으로 풍선을 밀게 된다. 따라서 병 속에서 풍선을 분다는 것은 불가능하다. 그러나 병에 구멍을 뚫게 되면 공기가 빠져나가므로 풍선이 불어진다. 만약 구멍을 뚫을 수 없는 병의 경우는 풍선과 병의 입구 사이에 빨대를 넣게 되면 그 곳으로 공기가 빠져 나가서 풍선을 병 속에서 불 수 있게 된다

52 학생활동지 실험11. 병 속에서 풍선 불기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 공기의 힘이 얼마나 센지 느낄 수 있다. - 풍선, 2L 페트병, 송곳 - 송곳과 같이 날카로운 도구를 다룰 때에는 다치지 않도록 각별히 주의한다. 1. 풍선의 입구를 제외하고 나머지 부분을 병 속에 전부 넣는다. 2. 풍선을 불어 본다. 그 결과를 그림으로 나타내고 간단하게 설명하시오. <그림> <설명>

53 3. 페트병에 송곳으로 구멍을 뚫고 다시 한 번 풍선을 불어 본다. 그 결과를 그림으로 나타내고 간단하게 설명하시오. <그림> <설명> 1. 실험 과정 2 와 같은 결과가 나온 이유를 병 속의 공기의 성질을 이용하여 설명하여 보자. 2. 실험 과정 3 과 같은 결과가 나온 이유를 병 속의 공기의 성질을 이용하여 설명하여 보자. - 병은 비어 있지 않다. 즉, 병은 공기로 차 있다. 이 공기는 폐가 작용할 수 있는 힘보다 더 강 한 무서운 힘을 발휘한다. 우리가 풍선을 불려고 시도하면, 풍선이 병 속의 공기를 밀게 되고, 공 기도 역으로 풍선을 밀게 된다. 따라서 병 속에서 풍선을 분다는 것은 불가능하다. 그러나 병에 구멍을 뚫게 되면 공기가 빠져나가므로 풍선이 불어진다. 만약 구멍을 뚫을 수 없는 병의 경우는 풍선과 병의 입구 사이에 빨대를 넣게 되면 그 곳으로 공기가 빠져 나가서 풍선을 병 속에서 불 수 있게 된다

54 Air Pressure 실험12. 탁구공 띄우기 오륜중학교 박숙민 - 베르누이의 원리를 설명할 수 있다. - 헤어 드라이, 탁구공 - 전기제품은 물 근처에서 사용하지 않는다. 1. 헤어 드라이를 이용하여 위쪽으로 바람을 일으킨다. 2. 탁구공을 이 바람 속에 넣는다, 그러면 탁구공이 불규칙하게 요동친다. - 헤어 드라이에서 발생한 공기의 흐름 때문에 탁구공이 위로 떠올려지는 것은 쉽게 이해할 수 있다. 그러나 탁구공이 어떤 방향으로도 날아가지 않고 요동치면서 남아 있는 이유를 이해하는 것 이 더 어려울 것이다. 이것은 바로 기압 때문이다. 베르누이의 정리에 의하면 움직이는 공기가 정 지해 있는 공기보다 압력이 더 작다고 한다. 즉, 헤어 드라이기 위에 있는 공기는 움직이고 있기 때문에 주변의 공기보다 압력이 더 작다. 따라서 우리는 저기압에 속해 있고, 사방은 고기압으로 둘러 싸여 있다. 이러한 고기압은 탁구공을 헤어 드라이에서 나오는 공기의 힘과 서로 평형이 이 루어질 때까지 안쪽으로 밀게 된다. 따라서 탁구공은 중간에 떠 있게 된다

55 Air Pressure 실험13. 신기한 음료수 캔 오륜중학교 박숙민 - 베르누이의 원리를 설명할 수 있다. - 음료수 캔 2개 - 없음 1. 두 개의 음료수 캔을 실험대 위에 약 1 인치정도 띄어 놓는다. 2. 캔 사이로 바람을 분다. 캔이 함께 움직인다. - 베르누이의 정리는 움직이는 공기는 정지해 있는 공기보다 기압이 낮다는 것이며, 때로는 샤워 커튼 효과로 알려져 있다. 우리는 캔의 사이에 바람을 불어 주었기 때문에 이 지역은 저기압을 나 타낸다. 음료수 캔의 바깥쪽에 있는 기압이 캔의 중간보다 크다. 따라서 기압이 센 바깥쪽의 공기 가 두 개의 캔을 안쪽으로 밀게 된다

56 Air Pressure 실험14. 놀라운 흡착기 오륜중학교 박숙민 - 화장실 흡착기를 사용하여 기압의 힘을 설명할 수 있다. - 사용하지 않은 화장실 흡착기 - 없음 1. 흡착기를 사용하여 다양한 물체를 들어본다.(접시, 나무판자, 책 등) 2. 흡착기로 들어 올릴 수 있는 물건의 종류는 매우 다양할 것이다. - 매우 큰 흡입 컵인 흡착기만큼 기압의 위력을 설명하기에 좋은 장치는 없을 것이다. 그러나 흡 착기에서 흡입하는 과정은 없다는 것을 기억하라. 흡착기는 그것의 안에 있는 공기를 내보내면서 자신과 물체 사이를 약간 진공 상태로 만들어 일을 하는 장치이다. 흡착기 위의 공기는 꽤 단단하 게 밀착시켜, 흡착기가 물체를 들어 올리게 한다. 각별히 기억할 것은 여기서 빨아들이는 것은 없 고, 단지 공기가 흡착기를 아래쪽으로 누르고 있을 뿐이다. 만약 화장실을 뚫기 위해서 흡착기를 사용해 본 적이 있다면, 흡착기를 사용하는 동안 물 아래 쪽에서 공기 방울이 발생하는 것을 보았을 것이다. 흡착기를 사용하여 물 위를 진공으로 만들면, 물 아래에 있는 파이 속의 기압이 더 커서 위쪽으로 밀면서 화장실이 뚫리게 되는 것이다

57 Air Pressure 실험15. 병 속에 풍선 넣기 오륜중학교 박숙민 - 공기를 사용하여 병 속에 풍선을 밀어 넣을 수 있다 온스 레몬 주스 병(혹은 비슷한 크기의 병), 풍선, 주전 자, 물, 가열기구 - 가열기구와 끓는 물을 취급할 때 주의한다. - 끓는 물에 견딜 수 있는 내열 유리를 사용한다. - 병에 끓는 물을 부을 때 병이 깨질 것을 대비하여 싱크대 안에서 하도록 한다. - 보안경을 착용하도록 한다 온스의 물을 끓을 때까지 가열한다. 2. 병 속에 끓은 물을 바로 버리도록 한다. 3. 곧 바로 풍선을 병의 입구에 씌우고 몇 분 동안 관찰해본다. 풍선이 전부 병 속으로 빨려 들어 가는 것을 볼 수 있다. - 이 실험은 결과가 매우 극적이므로 시간 조절을 잘 해야 한다. 병에 끓는 물을 채웠다가 비움으 로써 병 속의 공기는 가열된다. 가열된 공기는 찬 공기보다 더 큰 공간을 차지하려고 하기 때문에 공기 분자는 더 빠르게 움직이고 따라서 공기는 팽창한다. 병이 식으면 공기 또한 냉각된다. 따라 서 공기 분자들의 움직임이 느려지기 시작하고 공기가 차지하는 공간이 줄어들게 된다. 따라서 주 위보다 기압이 낮은 부분적인 진공이 병 속에 생긴다. 병 바깥쪽의 기압이 더 크기 때문에 풍선을 아래로 밀게 되고, 병 속에서 완전하게 부풀게 된다. 학생들에게는 방법을 설명하지 않고 병 속에 풍선이 들어 있는 것을 보여주면서 똑같이 만드는 것을 도전해보도록 하는 것이 좋다

58 학생활동지 실험15. 병 속에 풍선 넣기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 공기를 사용하여 병 속에 풍선을 밀어 넣을 수 있다. - 둥근 바닥 플라스크, 풍선, 주전자, 물, 가열기구 - 가열기구와 끓는 물을 취급할 때 주의한다. - 끓는 물에 견딜 수 있는 내열 유리를 사용한다. - 병에 끓는 물을 부을 때 병이 깨질 것을 대비하여 싱크대 안에서 하도록 한다. - 보안경을 착용하도록 한다. 1. 둥근 바닥 플라스크에 물을 조금 넣고 물을 끓기 시작하면서 김이 나올 때까지 가열한다. 2. 플라스크의 물을 싱크대에 버린다. 3. 곧 바로 풍선을 병의 입구에 씌우고 몇 분 동안 관찰해본다. 관찰 결과를 그림으로 나타내고 간단하게 설명하여 보시오. <그림> <설명>

59 1. 실험 과정 1 에서 병 속의 공기에는 어떤 변화가 일어나는지 간단하게 설명하여 보시오. 2. 실험 과정 3 과 같은 결과가 나온 이유를 병 속의 공기의 변화를 이용하여 설명하여 보시오. - 이 실험은 결과가 매우 극적이므로 시간 조절을 잘 해야 한다. 병에 끓는 물을 채웠다가 비움으 로써 병 속의 공기는 가열된다. 가열된 공기는 찬 공기보다 더 큰 공간을 차지하려고 하기 때문에 공기 분자는 더 빠르게 움직이고 따라서 공기는 팽창한다. 병이 식으면 공기 또한 냉각된다. 따라 서 공기 분자들의 움직임이 느려지기 시작하고 공기가 차지하는 공간이 줄어들게 된다. 따라서 주 위보다 기압이 낮은 부분적인 진공이 병 속에 생긴다. 병 바깥쪽의 기압이 더 크기 때문에 풍선을 아래로 밀게 되고, 병 속에서 완전하게 부풀게 된다

60 Air Pressure 실험16. 사이펀 만들기 오륜중학교 박숙민 - 사이펀이 어떻게 일어나는지 설명할 수 있다. - 2 L 병 2개, 물, 3 피트 플라스틱 관(수족관용), 식용 색소 - 없음 1. 1개의 병에 물을 채우고 식용 색소 몇 방울을 떨어뜨린 뒤 실험대 위에 놓는다. 2. 다른 병을 바닥에 놓는다. 3. 물이 든 병에 플라스틱 관을 넣고 관 속의 공기를 빼낸다. 4. 관 속에 공기가 다 빠져나가면 관에서 물이 나오기 시작한다. 이 순간에 관의 끝을 빈 병 속에 넣는다. 5. 빈 병의 수준이 물이 차 있는 병보다 낮으면 사이판은 계속 작동되어 병이 완전히 비게 될 것 이다. 비어 있던 병의 수준이 처음 물이 들어 있던 병보다 높으면, 사이판이 멈추게 될 것이다. - 빨대로 음료수를 마시는 것과 같이 관에 있던 공기가 빨려나가면 관 속에 진공이 만들어지게 된다. 따라서 기압이 물의 표면에 힘을 작용하여 물이 관의 위쪽으로 밀려올라가게 되고 다른 병 으로 이동하게 된다. 중력은 사이판의 작동을 유지시킬 것이다. 그러나 두 병의 위치가 바뀐다면 사이판은 중력에 대항해서 작동될 수 없고 물을 위로 흐르게 할 수 없다

61 Air Pressure 실험17. 신비한 탁구공 오륜중학교 박숙민 - 손을 대지 않고 탁구공을 수조의 바닥에 가라앉게 하고 수조의 위로 떠오르게 할 수 있다. - 2 갤런 이상의 수조, 물, 2L 페트병, 가위, 탁구공 - 없음 (1) (2) 1. 2L 병의 바닥을 자른다. 2. 수조의 3/4를 물로 채운다. 3. 탁구공을 수조에 넣는다. 4. 바닥이 없는 2L 병에 마개를 하고 탁구공 위에 놓고 병을 천천히 물에 넣는다. 공이 바닥까지 밀릴 것이다. 5. 이제 병의 마개를 제거해 보면, 물이 병 속으로 차게 된다. 물과 공이 병의 꼭대기까지 올라오 면 마개를 씌우고 병을 물 밖으로 꺼낸다. 병이 완전히 물 밖으로 나오지 않는 동안, 탁구공은 수 조보다 1 피트 높은 물의 꼭대기에 머무를 것이다. - 공기는 공간을 차지한다. 병은 공기로 차 있기 때문에 물이 병으로 들어올 수 없다. 이 공기 기 둥이 탁구공을 수조의 바닥으로 밀게 된다. 탁구공은 병 속에 들어 있는 물의 꼭대기까지 떠오른 다. 병 속의 물은 아래쪽에 있는 물로부터 부력을 받기 때문에 병 밖으로 빠져나가지 않는다. 물 은 공기처럼 모든 방향으로 압력을 작용하며, 심지어 위쪽으로도 작용한다

62 학생활동지 실험17. 신비한 탁구공 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 손을 대지 않고 탁구공을 수조의 바닥에 가라앉게 하고 수조의 위로 떠오르게 할 수 있다. - 2 갤런 이상의 수조, 물, 2L 페트병, 가위, 탁구공 - 페트병을 자를 때 가위에 베지 않도록 각별히 조심한다. (1) (2) 1. 2L 페트병의 바닥을 자른다. 2. 수조의 3/4를 물로 채운다. 3. 탁구공을 수조에 넣는다. 4. 바닥이 없는 2L 병에 마개를 하고 탁구공 위에 놓고 병을 천천히 물에 넣는다. 결과를 그림으로 나타내고 간단하게 설명하시오. <그림> <설명> 5. 이제 병의 마개를 제거해 보면, 물이 병 속으로 차게 된다. 물과 공이 병의 꼭대기까지 올라오 면 마개를 씌우고 병을 물 밖으로 꺼낸다. 병이 완전히 물 밖으로 나오기 직전의 모습을 그림으로 나타내고 간단하게 설명하시오

63 <그림> <설명> 1. 실험 과정 4 와 같은 결과가 나온 이유를 병 속의 공기의 성질을 이용하여 설명하여 보자. 2. 실험 과정 5 와 같은 결과가 나온 이유를 병 속의 공기의 성질을 이용하여 설명하여 보자. - 공기는 공간을 차지한다. 병은 공기로 차 있기 때문에 물이 병으로 들어올 수 없다. 이 공기 기 둥이 탁구공을 수조의 바닥으로 밀게 된다. 탁구공은 병 속에 들어 있는 물의 꼭대기까지 떠오른 다. 병 속의 물은 아래쪽에 있는 물로부터 부력을 받기 때문에 병 밖으로 빠져나가지 않는다. 물 은 공기처럼 모든 방향으로 압력을 작용하며, 심지어 위쪽으로도 작용한다

64 Air Pressure 실험18. 신비한 풍선 북서울중학교 한상준 - 어떤 환경에서 공기가 낮은 압력에서 높은 압력으로 흐르는 것을 발견한다. - 풍선 2개, 실패1개(구멍 뚫린 고무관), 핀치콕 2개 1. 한 개의 풍선을 전체 크기의 약 3/4로 분다. 공기 빠져나오지 못하게 풍선 입구를 핀치콕으로 잡는다. 주의하여 실패의 한쪽 끝에 끼운다. 2. 다른 풍선을 위 풍선의 절반 크기로 분다. 공기 빠져나오지 못하게 풍선 입구를 핀치콕으로 잡 는다. 그리고 실패의 다른 끝에 끼운다. 3. 두 풍선 사이에 공기가 자유롭게 이동하도록 핀치콕을 열었을 때 두 풍선에 무슨 일이 일어날 것인지 예상해보라. 4. 핀치콕을 열고 풍선을 관찰하라. 몇 분 후 큰 풍선은 더 커지고 작은 풍선은 더 작아지는 것 을 알게 될 것이다. - 이것은 우리가 알고 있는 사실과 모순되는 가장 대표적인 예이다. 하나의 모순된 사건은 사람 들이 일어날 것으로 기대했던 것과 정반대로 일어나는 것이다. 만약 전에 이러한 실험을 본적이 없다면 실제로 일어나는 것과 완전히 반대로 예상했을 것이다. 이는 여러분이 공기 압력과 부피에 서의 차이점과 다른 중요한 문제들에 초점을 맞추기 때문이다. 풍선이 단순히 공기를 담는 그릇이 라는 생각 때문에 여러분의 생각과 전혀 다른 법칙으로 풍선이 스스로 움직인다. 실제로 우리가 관찰한 이상한 현상에 답을 풍선 스스로 제공한다. 충분히 팽창하지 않은 작은 풍선은 더 큰 탄성 을 갖고 있다. 그러므로 풍선 안의 공기에 더 큰 힘을 발휘할 수 있었다. 충분히 팽창한 큰 풍선 은 밖으로 뻗쳐있어서 안에 있는 공기에 매우 강한 힘을 발휘할 수 없다. 작은 풍선의 고무는 더 팽팽하기 때문에 작은 풍선 안의 공기를 큰 풍선 쪽으로 밀어 보낼 수 있다

65 학생활동지 실험18. 신비한 풍선 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 어떤 환경에서 공기가 낮은 압력에서 높은 압력으로 흐르는 것을 발견한다. - 풍선 2개, 실패1개(구멍 뚫린 고무관), 핀치콕 2개 - 없음 1. 한 개의 풍선을 전체 크기의 약 3/4로 분다. 공기 빠져나오지 못하게 풍선 입구를 핀치콕으로 잡는다. 주의하여 실패의 한쪽 끝에 끼운다. 2. 다른 풍선을 위 풍선의 절반 크기로 분다. 공기 빠져나오지 못하게 풍선 입구를 핀치콕으로 잡 는다. 그리고 실패의 다른 끝에 끼운다. 3. 두 풍선 사이에 공기가 자유롭게 이동하도록 핀치콕을 열었을 때 두 풍선에 무슨 일이 일어날 것인지 예상해보라

66 4. 핀치콕을 열고 풍선을 관찰하라. 풍선이 어떻게 변하였는가? 1. 풍선이 실험과 같이 변하는 이유를 간단히 서술하시오 풍선이 단순히 공기를 담는 그릇이라면 공기가 많은 쪽에서 적은 쪽으로 공기 이동할 것이다. 그 러나 풍선은 단순히 공기를 담는 그릇이 아니다. 충분히 팽창하지 않은 작은 풍선은 더 큰 탄성을 갖고 있으므로 풍선 안의 공기에 더 큰 힘을 발휘할 수 있다. 그리나 충분히 팽창한 큰 풍선은 밖 으로 뻗쳐있어서 안에 있는 공기에 매우 강한 힘을 발휘할 수 없다. 작은 풍선의 고무는 더 팽팽 하기 때문에 작은 풍선 안의 공기를 큰 풍선 쪽으로 밀어 보낼 수 있다

67 Air Pressure 실험19. 감자를 뚫는 빨대 북서울중학교 한상준 - 기압을 사용하여 빨대로 감자를 뚫는 힘에 대하여 알아본다. - 빨대, 감자 - 없음 1. 빨대의 한쪽 끝을 손으로 막지 않고, 빨대로 감자를 뚫어 보자. 성공하기 어려울 것이다. 2. 빨대의 한쪽 끝을 엄지손가락으로 막고 감자를 뚫어 보자. 몇 번 시도하면 성공할 수 있다. - 빨대는 너무 약해서 빨대만으로 감자를 통과할 수 없다. 그러나 빨대의 한쪽 끝을 엄지손가락으 로 막으면 그 빨대 안은 공기로 가득 찬다. 이 공기 기둥은 빨대가 감자를 쉽게 통과 할 수 있는 굉장한 힘을 준다. 이것은 거의 딱딱한 막대로 어렵지 않게 감자를 뚫는 것과 같다

68 학생활동지 실험19. 감자를 뚫는 빨대 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 기압을 사용하여 빨대로 감자를 뚫는 힘에 대하여 알아본다. - 빨대, 감자 - 없음 1. 빨대의 한쪽 끝을 손으로 막지 않고, 빨대로 감자를 뚫어 보자. 2. 빨대의 한쪽 끝을 엄지손가락으로 막고 감자를 뚫어 보자. 1. 실험 1, 2 중 어느 경우에 빨대로 감자를 뚫을 수 있는가? 2. 위와 같은 결과가 나오는 이유를 간단히 서술하시오

69 SURFACE TENSION 실험1. 마술병 북서울중학교 한상준 - 물방울의 응집력이 표면장력을 이끌어 낼 수 있다는 사실을 증명한다. - 1L 플라스틱 병(실제로 어떤 크기든지 상관없다.), 총총한 창문 그물망 1조각, 고무 밴드, 못, 물, 3 5카드 - 없음 1. 못으로 병의 꼭대기 근처 쪽에 구멍을 뚫는다. 2. 병의 입구에 망을 고무 밴드로 단단히 고정시킨다. 3. 모든 방법으로 물을 병에 채워라. 4. 병의 입구에 카드를 올려놓아라. 5. 구멍에 손가락을 올려놓아라. 6. 카드 위에 손을 얹고 주위해서 병을 거꾸로 뒤집어라 7. 구멍 여전히 손을 두고, 카드와 손을 제거해라. 물은 병 안에 머물러 있을 것이다. 8. 이제 구멍에서 손가락을 치우면 물은 흘러나올 것이다. 손가락을 제자리에 놓으면 물이 멈출 것이다. - 물 분자는 서로 매우 잘 결합되어 있는 경향이 있다. 이것은 물이 양성과 음성의 끝을 갖는 극 성 분자 라는 사실에 기인한다. 반대 전기를 끌어당기기 때문에 한물분자의 양성의 끝은 다른 물 분자의 음성의 끝과 결합한다. 이것은 물이 커다란 방울을 형성하는 이유이다. 두 개의 똑같은 분 자가 서로 붙어서 서로 결합하려는 것을 응집력이라고 한다. 위의 실험에서 물방울이 망과 구멍 사이의 공간에 가득 채워져 있는 것은 물 분자의 응집력에 기인한다. 물 분자 모두가 한데 뭉치려 는 힘을 표면장력이라고 한다. 표면장력은 병 안의 물이 붙들려 있을 만큼 충분히 강하다. 그러나 구멍에서 손가락을 치우면 병 안으로 공기가 들어가서 물을 밑으로 밀어내는 공기압력이 표면장 력을 이긴다. 따라서 물이 병 밖으로 쏟아져 버린다

70 학생활동지 실험1. 마술병 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 물방울의 응집력이 표면장력을 이끌어 낼 수 있다는 사실을 증명한다. - 1L 플라스틱 병(실제로 어떤 크기든지 상관없다.), 총총한 창문 그물망 1조각, 고무 밴드, 못, 물, 3 5카드 - 없음 1. 못으로 병의 꼭대기 근처 쪽에 구멍을 뚫는다. 2. 병의 입구에 망을 고무 밴드로 단단히 고정시킨다. 3. 모든 방법으로 물을 병에 채워라. 4. 병의 입구에 카드를 올려놓아라. 5. 구멍에 손가락을 올려놓아라. 6. 카드 위에 손을 얹고 주위해서 병을 거꾸로 뒤집어라 7. 구멍 여전히 손을 두고, 카드와 손을 제거해라. 물이 어떻게 되는가? 8. 이제 구멍에서 손가락을 치우면 물은 어떻게 되는가? 그리고 다시 손가락을 제자리에 놓으면 물이 어떻게 되는가?

71 1. 구멍을 손가락으로 막으면 물이 멈추고 손가락을 치우면 물이 쏟아지는 이유를 간단히 서술하 시오 2. 병에 비눗물을 넣어 가지고 실험을 하면 어떻게 될까? - 물 분자는 서로 매우 잘 결합되어 있는 경향이 있다. 이것은 물이 양성과 음성의 끝을 갖는 극 성 분자 라는 사실에 기인한다. 반대 전기를 끌어당기기 때문에 한물분자의 양성의 끝은 다른 물 분자의 음성의 끝과 결합한다. 이것은 물이 커다란 방울을 형성하는 이유이다. 두 개의 똑같은 분 자가 서로 붙어서 서로 결합하려는 것을 응집력이라고 한다. 위의 실험에서 물방울이 망과 구멍 사이의 공간에 가득 채워져 있는 것은 물 분자의 응집력에 기인한다. 물 분자 모두가 한데 뭉치려 는 힘을 표면장력이라고 한다. 표면장력은 병 안의 물이 붙들려 있을 만큼 충분히 강하다. 그러나 구멍에서 손가락을 치우면 병 안으로 공기가 들어가서 물을 밑으로 밀어내는 공기압력이 표면장 력을 이긴다. 따라서 물이 병 밖으로 쏟아져 버린다

72 SURFACE TENSION 실험2. 후추와 함께 하는 모험 북서울중학교 한상준 - 물의 표면장력이 후추에 미치는 효과를 증명하고 나서 표면장력을 제거하는 방법을 발견한다. - 컵, 물, 후춧가루, 접시 닦는 액체(세제), 이쑤시개 - 없음 (1) (2) 1. 수돗물 한 컵을 채운다. 2. 물의 표면에 후추 가루를 약간 뿌린다. 후추 가루가 떠 있어야 한다. 3. 접시 닦기 비누(세제)에 이쑤시개를 살짝 담근다. 그리고 이쑤시개를 물표면의 중심에 갖다 된 다. 후추의 입자는 그 물의 표면으로부터 그 가장자리로 곧 흩어진다. 후추는 궁극적으로 가라앉 을 것입니다. - 후추는 물보다 밀도가 크지만 물의 표면장력 때문에 뜹니다. 비누가 물에 들어가면, 물의 응집 력과 표면 장력을 파괴하면서 곧바로 비누 분자는 물 분자와 결합한다. 단순히 비누가 물에 용해 됨으로서 후추 분자는 분산되어진다. 후추 가루 대부분이 가라앉게 하면서, 비누는 물 전체의 표 면을 가로질러 분산될 것입니다

73 학생활동지 실험2. 후추와 함께 하는 모험 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 물의 표면장력이 후추에 미치는 효과를 증명하고 나서 표면장력을 제거하는 방법을 발견한다. - 컵, 물, 후춧가루, 세제, 이쑤시개 1. 수돗물 한 컵을 채운다. 2. 물의 표면에 후추 가루를 약간 뿌린다. 후추 가루가 떠 있어야 한다. 3. 세제에 이쑤시개를 살짝 담근다. 그리고 이쑤시개를 물표면의 중심에 갖다 된다. 후추의 입자가 어떻게 되는지 관찰하시오. 1. 실험 2에서 후추 가루가 물의 표면에 떠 있는 이유를 간단히 서술하시오 2. 세제를 묻힌 이쑤시개를 물의 표면의 중심에 갖다 대었을 때 후추 가루가 가라앉는 이유를 간 단히 서술하시오 - 후추는 물보다 밀도가 크지만 물의 표면장력 때문에 뜹니다. 비누가 물에 들어가면, 물의 응집 력과 표면 장력을 파괴하면서 곧바로 비누 분자는 물 분자와 결합한다. 단순히 비누가 물에 용해 됨으로서 후추 분자는 분산되어진다. 후추 가루 대부분이 가라앉게 하면서, 비누는 물 전체의 표 면을 가로질러 분산될 것입니다

74 SURFACE TENSION 실험3. 클립을 뜨게 하는 것 북서울중학교 한상준 - 클립을 뜨게 하는 표면장력에 보여준다. - 종이클립 2개, 컵, 물, 식기세제 (1) (2) (3) - 없음 1. 클립홀더를 만들기 위해 클립 하나의 굽을 부분을 곧게 핀다. 2. 컵에 물을 채운다. 3. 다른 클립 아래에 클립홀더를 놓는다. 그 다음에 그것을 물 표면에 뜰 때까지 물 컵 안에 넣는 다. 클립홀더를 제거한다. 끈기 있게 노력해라. 조금만 연습하면 쉽게 할 수 있다. 4. 클립 띄우기를 관찰하는 것이 싫증날 때 표면의 아무 곳에나 식기세제를 한 방울 떨어뜨려라. 클립은 즉시 가라앉을 것이다. - 물보다 밀도가 크므로 가라앉아야만 하는 클립이 뜨는 원인은 물의 표면장력이다. 비누가 물 분자들과 결합하여 물의 응집력을 파괴하므로 표면장력을 파괴된다. 따라서 클립은 가라앉는다

75 학생활동지 실험3. 클립을 뜨게 하는 것 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 클립을 뜨게 하는 표면장력에 보여준다. (1) (2) - 종이클립 2개, 컵, 물, 식기세제 1. 클립홀더를 만들기 위해 클립 하나의 굽을 부분을 곧게 핀다. 2. 컵에 물을 채운다. 3. 다른 클립 아래에 클립홀더를 놓는다. 그 다음에 그것을 물 표면에 뜰 때까지 물 컵 안에 넣는 다. 클립홀더를 제거한다. 끈기 있게 노력해라. 조금만 연습하면 쉽게 할 수 있다. 4. 클립 띄우기를 관찰하는 것이 싫증날 때 표면의 아무 곳에나 식기세제를 한 방울 떨어뜨려라. 5. 클립이 어떻게 되는가? 1. 클립을 물 표면에 띄울 수 있는 이유를 간단히 서술하시오 2. 물 표면에 떠 있던 클립이 식기세제 한 방울을 떨어뜨리면 가라앉는 이유를 간단히 서술하시오. - 물보다 밀도가 크므로 가라앉아야만 하는 클립이 뜨는 원인은 물의 표면장력이다. 비누가 물 분 자들과 결합하여 물의 응집력을 파괴하므로 표면장력을 파괴된다. 따라서 클립은 가라앉는다

76 SURFACE TENSION 실험4. 동전 위의 물방울 북서울중학교 한상준 - 동전 위에 얼마나 많은 물방울을 올릴 수 있는지를 모여 줌으로서 표면장력의 개념을 보여줄 수 있다. - 동전, 스포이트, 물 - 없음 1. 물이 흘러넘치기 전까지 동전 위에 올릴 수 있는 물방울 수를 예측해보라. 2. 스포이트를 사용하여 조심스럽게 물이 흘러넘치기 전까지 동전 위에 물방울을 떨어뜨려보시오. 3. 여러분의 예상과 비교해 보시오. 4. 동전 위에 가장 많은 물방울을 올릴 수 있는 사람을 찾는 경연을 가져라. 실험변수를 줄이기 위해 스포이트를 동전과 수 직이 되게 하고, 같은 거리에서, 동전의 면도 같게 해라. - 물은 그 분자들을 서로 매우 잘 결합되어 있어 매우 응집력 이 크다. 이것은 믿을 수 없는 양의 물이 동전 위에 올려질 수 있는 표면장력의 원인이 된다. 나 는 학생들이 하나의 동전에 쉽게 50방울이상 올리는 것을 보았다

77 학생활동지 실험4. 동전 위의 물방울 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 동전 위에 얼마나 많은 물방울을 올릴 수 있는지를 모여 줌으로서 표면장력의 개념을 보여줄 수 있다. - 동전, 스포이트, 물 - 없음 1. 물이 흘러넘치기 전까지 동전 위에 올릴 수 있는 물방울 수를 예측해보라. 2. 스포이트를 사용하여 조심스럽게 물이 흘러넘치기 전까지 동전 위에 물방울을 떨어뜨려보시오. * 실험변수를 줄이기 위해 스포이트를 동전과 수직이 되게 하 고, 같은 거리에서, 동전의 면도 같게 해라. 3. 여러분의 예상과 비교해 보시오. 예상 물방울 수 실험결과 물방울 수 4. 비눗물을 이용하였을 때 올릴 수 있는 방울 수를 예측하고 실험을 해본다. 예상 비눗방울 수 실험결과 비눗방울 수

78 1. 물과 비눗물로 쌓을 수 있는 방울 수의 차이가 생기는 이유를 간단히 서술하시오 - 물은 그 분자들을 서로 매우 잘 결합되어 있어 매우 응집력이 크다. 이것은 믿을 수 없는 양의 물이 동전 위에 올려질 수 있는 표면장력의 원인이 된다

79 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험1. 분자 사이의 공간 북서울중학교 한상준 - 분자 사이의 공간이 존재한다는 사실을 설명한다. - 컵, 물, 클립 - 없음 1. 컵의 가장자리까지 물을 채운다. 2. 여러분이 물이 넘치기 전까지 물에 떨어뜨릴 수 있는 클립의 수를 예상해보시오. 3. 물이 넘칠 때까지 한 번에 한 개씩 주위해서 클립을 떨어뜨려라. 4. 실제 떨어뜨린 클립의 수와 여러분이 예상을 비교해봐라 - 여러분은 아마도 물이 가득 찬 컵에 채울 수 있는 클립의 수에 깜짝 놀랄 것이다. 그것은 비록 컵이 가득 찬 것처럼 보일지라도 정말로 가득 찬 것이 아니기 때문이다. 물로 채워진 컵 안의 물 분자 사이의 거리는 실제로 믿을 수 없을 정도이다. 클립은 단순히 물 분자 사이의 공간 사이에 채우는 것이다. 만약 이 설명이 이해하기 어렵다면 공기로 가득 채워진 컵 안에 클립을 떨어뜨리 는 상황과 비슷하게 생각해라. 클립이 컵 안의 공기 분자사이를 차지하는 것을 쉽게 관찰할 수 있 다. 어떤 물질을 아무리 가득 채워져 있다 하더라도 또는 아무리 조밀하다고 생각되어도 개개의 입자 사이에는 항상 공간이 존재한다. 컵 안에 클립에 의해 치환되어지는 것은 물의 무엇인가? 이것은 다른 흥미로운 관찰이다. 표 면장력의 원인이 되는 물 분자의 응집력에 기인하여 물은 실제로 컵 위로 솟아오른다

80 학생활동지 실험1. 분자 사이의 공간 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 분자 사이의 공간이 존재한다는 사실을 설명한다. - 컵, 물, 클립 - 없음 1. 컵의 가장자리까지 물을 채운다. 2. 여러분이 물이 넘치기 전까지 물에 떨어뜨릴 수 있는 클립의 수를 예상해보시오. 3. 물이 넘칠 때까지 한 번에 한 개씩 주위해서 클립을 떨어뜨려라. 4. 실제 떨어뜨린 클립의 수와 여러분이 예상을 비교해봐라 예상 클립 수 실제 떨어뜨린 클립 수 1. 물이 가득 찬 컵에 예상보다 많은 수의 클립을 넣어도 물이 넘치지 않는 이유를 토의하시오

81 - 여러분은 아마도 물이 가득 찬 컵에 채울 수 있는 클립의 수에 깜짝 놀랄 것이다. 그것은 비록 컵이 가득 찬 것처럼 보일지라도 정말로 가득 찬 것이 아니기 때문이다. 물로 채워진 컵 안의 물 분자 사이의 거리는 실제로 믿을 수 없을 정도이다. 클립은 단순히 물 분자 사이의 공간 사이에 채우는 것이다. 만약 이 설명이 이해하기 어렵다면 공기로 가득 채워진 컵 안에 클립을 떨어뜨리 는 상황과 비슷하게 생각해라. 클립이 컵 안의 공기 분자사이를 차지하는 것을 쉽게 관찰할 수 있 다. 어떤 물질을 아무리 가득 채워져 있다 하더라도 또는 아무리 조밀하다고 생각되어도 개개의 입자 사이에는 항상 공간이 존재한다. 컵 안에 클립에 의해 치환되어지는 것은 물의 무엇인가? 이것은 다른 흥미로운 관찰이다. 표 면장력의 원인이 되는 물 분자의 응집력에 기인하여 물은 실제로 컵 위로 솟아오른다

82 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험2. 온도는 분자의 속력에 어떤 영향을 미치나? 북서울중학교 한상준 - 어떻게 온도가 분자의 속력에 영향을 미치는가를 결정한다. - 열에 내성이 있는 비커2개, 물, 스토브, 식용색소, 각빙 - 물을 끓일 때와 뜨거운 물을 다룰 때 조심하기 바란다. 1. 물 대략 200ml를 끓는점 직전까지 가열한 후 첫 번째 비커에 담는다. 2. 두 번째 비커에는 차가운 수돗물을 넣은 후 각빙 을 넣어라. 3. 각각의 비커에 식용색소를 1방울 떨어뜨린다. 관찰 해라. 찬물 뜨거운 물 - 이것은 분자의 속력에 미치는 온도의 영향을 관찰하는 좋은 실험이다. 온도는 물질의 안에서 분 자들이 얼마나 빠르게 움직이는지를 측정하는 수단이다. 식용색소는 분자들이 빨리 움직이는 뜨거 운 물에서 더 빠르게 퍼진다. 그러므로 분자들이 더 느리게 움직이는 차가운 물에서 식용색소는 퍼지는데 더 오래 걸린다. 물보다 더 진한 농도에서는 식용색소가 물 바닥까지 가라앉는 것을 보 게 되는 것도 재미있습니다

83 학생활동지 실험2. 온도는 분자의 속력에 어떤 영향을 미치나? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 어떻게 온도가 분자의 속력에 영향을 미치는가를 결정한다. - 열에 내성이 있는 비커2개, 물, 스토브, 식용색소, 각빙 - 물을 끓일 때와 뜨거운 물을 다룰 때 조심하기 바란다. 1. 물 대략 200ml를 끓는점 직전까지 가열한 후 첫 번째 비커에 담는다. 2. 두 번째 비커에는 차가운 수돗물을 넣은 후 각빙을 넣어라. 3. 각각의 비커에 식용색소를 1방울 떨어뜨린다. 4. 어떤 현상이 관찰되는지 쓰시오 1 뜨거운 물 : 2 차가운 물 : 1. 이 실험을 통해 알아보고자 하는 것은 무엇인가?

84 2. 식용색소가 스스로 물에 골고루 퍼지는 현상을 무엇이라 하는가? - 이것은 분자의 속력에 미치는 온도의 영향을 관찰하는 좋은 실험이다. 온도는 물질의 안에서 분 자들이 얼마나 빠르게 움직이는지를 측정하는 수단이다. 식용색소는 분자들이 빨리 움직이는 뜨거 운 물에서 더 빠르게 퍼진다. 그러므로 분자들이 더 느리게 움직이는 차가운 물에서 식용색소는 퍼지는데 더 오래 걸린다. 물보다 더 진한 농도에서는 식용색소가 물 바닥까지 가라앉는 것을 보 게 되는 것도 재미있습니다

85 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험3. 상변화 관찰 북서울중학교 한상준 - 고체가 액체로 변하는 온도를 관찰하고 액체가 기체로 변하는 온도를 관찰한다. - 각빙( 角 氷 ), 냄비, 스토브, 온도계 - 스토브를 사용하거나 끓은 물을 다룰 때 주의하기 바란다. 1. 각빙을 작은 냄비에 대략 절반정도 채워 놓는다. 얼음의 온도를 기록한다. 2. 얼음이 전부 녹을 때까지 알맞게 가열한다. 냄비 안 에 온도계를 놓아둔다. 3. 가장 마지막 얼음 조각이 녹을 때 온도를 기록한다. 4. 계속 가열한다. 충분히 끓을 때 온도를 기록한다. 끓는점에 도달하면 가열을 중단한다. - 고체에서 액체로 변하는 융해는 대략 0 나 32 에서 일어나야 한다. 여러분의 결과는 실험 오 차 뿐만 아니라 물의 순도에 따라 달라질 수 있다. 액체에서 기체로 변하는 끓음은 대략 100 나 212 에서 일어나야 한다. 실험오차 뿐 아니라 물의 순도에도 의존한다. 순수한 물은 정확히 어 는점이 0 이고 끓는점이 100 이다. 이것이 섭씨온도계의 기초가 되었다

86 학생활동지 실험3. 상변화 관찰 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 고체가 액체로 변하는 온도를 관찰하고 액체가 기체로 변하는 온도를 관찰한다. - 각빙( 角 氷 ), 냄비, 스토브, 온도계 - 스토브를 사용하거나 끓은 물을 다룰 때 주의 하기 바란다. 1. 각빙을 작은 냄비에 대략 절반정도 채워 놓는다. 얼음의 온도를 기록한다. 2. 얼음이 전부 녹을 때까지 알맞게 가열한다. 냄비 안에 온도계를 놓아둔다. 3. 가장 마지막 얼음 조각이 녹을 때 온도를 기록한다. 4. 계속 가열한다. 충분히 끓을 때 온도를 기록한다. 끓는점에 도달하면 가열을 중단한다. 마지막 얼음조각이 녹을 때 온도( ) 충분히 끓을 때 온도( ) 1. 얼음조각이 녹을 때의 온도를 무엇이라 하는가? 2. 물이 충분히 끓고 있을 때의 온도를 무엇이라 하는가? - 고체에서 액체로 변하는 융해는 대략 0 나 32 에서 일어나야 한다. 여러분의 결과는 실험 오 차 뿐만 아니라 물의 순도에 따라 달라질 수 있다. 액체에서 기체로 변하는 끓음은 대략 100 나 212 에서 일어나야 한다. 실험오차 뿐 아니라 물의 순도에도 의존한다. 순수한 물은 정확히 어 는점이 0 이고 끓는점이 100 이다. 이것이 섭씨온도계의 기초가 되었다

87 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험4. 소금이 물의 어는점에 어떤 영향을 미칠까? 불광중학교 이근한 소금을 넣으면 물의 어는점에 어떤 영향을 주는지 관찰한다. 1갈론(약 3.8L)짜리 봉지, 1쿼터(약 0.95L)짜리 봉지, 조각 얼음, 물, 소금, 온도계, 장갑 1. 1갈론 짜리 봉지를 조각 얼음으로 반쯤 채운다. 2. 대략 1컵 정도의 소금을 뿌린다. 모자라 면 나중에 더할 수도 있다. 3. 장갑을 끼고 소금과 얼음을 얼음이 완전히 녹을 때까지 섞는다 ml 정도의 물을 1쿼터 봉지에 넣는다. 이것을 봉하고 소금물 속에 넣는다. 5. 소금물의 온도를 기록한다. 소금물의 온도는 0 이하여야 한다. 6. 그대로 1쿼터짜리의 물이 고체로 바뀔 때까지 소금물에 놔둔다. 물은 단지 소금물에 담겨 있는 것 만으로 얼음으로 변할 것 이다! 처음 얼음의 온도는 물론 0 보다 아래이다(얼음의 녹는점이 0 라고 얼음이 언제까지나 0 인 것은 아니다.). 소금이 얼음에 더해지면 소금은 얼음입자들의 결속력을 떨어뜨려 얼음이 녹게 한다. 그러나 온도는 아직 어는점(0 ) 이하이다. 물의 어는점은 0 이기 때문에 1쿼터짜리 봉지 안의 물은 얼게 된 것 이다. 소금을 물에 더하면 이것은 물의 어는점을 낮출 것 이다. 소금은 소금 입자들이 얼음입자들 이 붙어있는 것을 방해한다. 그러나 어느 정도까지 온도를 낮추면 소금물도 얼 것 이다. 이것이 왜 바 닷물이 잘 얼지 않는 이유이다. 실제로 물에 녹는 모든 물질들은 물의 어는점을 낮춘다. 이 어는점이 낮아지는 현상을 우리는 빙점강하(freezing point depression) 라고 알고 있다

88 학생활동지 실험4. 소금이 물의 어는점에 어떤 영향을 미칠까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 소금이 물의 어는점에 어떤 영향을 미치는가를 알아본다. - 1갈론(약 3.8L)짜리 봉지, 1쿼터(약 0.95L)짜리 봉지, 조각 얼음, 물, 소금, 온도계, 장갑 - 없음 1. 1갈론 짜리 봉지를 조각 얼음으로 반쯤 채운다. 2. 대략 1컵 정도의 소금을 뿌린다. 모자라면 나중에 더할 수도 있다. 3. 장갑을 끼고 소금과 얼음을 얼음이 완전히 녹을 때까지 섞는다 ml 정도의 물을 1쿼터 봉지에 넣는다. 이것을 봉하고 소금물 속에 넣는다. 5. 소금물의 온도를 기록한다. 소금물의 온도는 0 이하여야 한다. 6. 그대로 1쿼터짜리의 물이 고체로 바뀔 때까지 소금물에 놔둔다. 조각얼음과 소금

89 1. 얼음위에 소금을 떨어뜨리면 어떤 현상이 일어날까? 그렇게 생각한 이유를 쓰시오. 2. 실을 준비하여 얼음위에 소금을 떨어뜨리고, 얼음이 약간 녹으면 준비한 실을 2-3분 정도 놓 아둔다. 이 실고 얼음을 들어 올릴 수 있을까? 3. 염분의 농도가 서로 다른 바닷물이 있다고 가정하자. 이 바닷물의 어는점 각각 어떠할까? 그렇게 생각한 이유는? 처음 얼음의 온도는 물론 0 보다 아래이다.(얼음의 녹는점이 0 라고 얼음이 언제까지나 0 인 것은 아니다.) 소금이 얼음에 더해지면 소금은 얼음입자들의 결속력을 떨어뜨려 얼음이 녹게 한 다. 그러나 온도는 아직 어는점(0 ) 이하이다. 물의 어는점은 0 이기 때문에 1쿼터짜리 봉지 안 의 물은 얼게 된 것 이다. 소금을 물에 더하면 이것은 물의 어는점을 낮출 것 이다. 소금은 소금 입자들이 얼음입자들이 붙어있는 것을 방해한다. 그러나 어느 정도까지 온도를 낮추면 소금물도 얼 것 이다. 이것이 왜 바닷물이 잘 얼지 않는 이유이다. 실제로 물에 녹는 모든 물질들은 물의 어는점을 낮춘다. 어는점이 낮아지는 현상을 우리는 빙점강하(freezing point depression) 라고 알고 있다

90 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험5. 소금이 물의 끓는점에 어떤 영향을 미칠까? 불광중학교 이근한 소금이 물의 끓는점에 어떤 영향을 주는지 관찰한다. 물, 냄비, 가열기구, 온도계, 소금 가열기구나 끓는 물을 사용할 때 조심할 것. 1. 냄비 안에 물을 넣고 끓인다. 2. 냄비 안의 물이 완전히 끓으면 온도를 재고 기록한다. 3. 많은 양의 소금을 물에 넣는다. 그리고 즉시 일어나는 반응을 관찰한다. 4. 만약 물이 다시 한 번 완전히 끓으면 온도를 다시 재고 기록한다. 순수한 물은 1기압에서 100 에서 끓는다. 소금이나 어느 물질이든 물에 녹으면 끓는점을 올린다. 이 것을 우리는 끓는점 상승(boiling point elevation) 이라고 알고 있다. 물 입자들은 모두 서로 붙어있기 때문에 우리는 열을 가해야 물 입자들이 서로 떨어져서 기체 상태로 바뀔 수 있다. 소금이 물에 녹으면 소금 입자들도 역시 물 입자에 붙는다. 그러므로 이것은 물 입자가 기체 상태로 바뀔 때 더 많은 에너 지를 소모하게 만든다. 사실은 소금입자들은 물 입자가 증발하는 것을 길을 막아서 도망가지 못하게 한다. 그래서 소금물을 끓이려면 더 높은 온도에 도달해야 끓일 수 있다. 더 높은 온도는 물 입자들을 더 빨리 움직이게 만들고 물 입자와 붙어있는 소금입자에게서 떨어져 나올 수 있는 에너지를 제공한 다

91 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험6. 물은 얼 때 팽창할까? 불광중학교 이근한 물이 얼면 부피에 어떤 영향을 주는지 알아낸다. 플라스틱 콜라 병, 물, 냉장고, 유성매직 없음 (1) (2) 1. 콜라 병을 물로 반쯤 채운다. 그리고 뚜껑을 꽉 닫는다. 2. 유성매직으로 물의 수위를 표시하는 선을 그린다. 3. 밤새도록 병을 냉장고 안에 놓고 얼도록 둔다. 물은 얼면 팽창하는 몇몇 안 되는 액체이다. 이것은 얼음 특유의 결정 때문이다. 물이 고체가 되면 모 든 물 입자들은 자신들을 육각형패턴으로 변한다. 그리고 그 안에는 넓은 공간이 생긴다. 이 공간 때문 에 물이 얼 때 더 커지고 밀도를 물보다 낮게 만든다. 이것이 얼음이 물에 뜨는 이유이기도 하다. 또한 이것은 왜 물과 얼음조각들로 가득 채워진 컵에서 얼음이 녹아도 물이 흐르지 않는 이유를 설명 해 주기도 한다. 물위의 얼음 10%는 단지 얼음 입자 사이의 공간을 의미하기 때문에(아니면 공기로 채워져 있거나) 얼음이 다 녹아도 물은 넘치지 않는다

92 학생활동지 실험6. 물은 얼 때 부피가 어떻게 변할까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 물이 얼면 부피에 어떤 영향을 주는지 알아낸다. (1) (2) - 플라스틱 콜라 병, 물, 냉장고, 유성매직 1. 콜라 병을 물로 반쯤 채운다. 그리고 뚜껑을 꽉 닫는다. 2. 유성매직으로 물의 수위를 표시하는 선을 그린다. 3. 밤새도록 병을 냉장고 안에 놓고 얼도록 둔다. 1. 물은 얼 때 부피가 어떻게 변할까? 2. 물이 얼 때 부피가 변하는 이유에 대하여 설명하시오. 물은 얼면 팽창하는 몇몇 안 되는 액체이다. 이것은 얼음 특유의 결정 때문이다. 물이 고체가 되면 모 든 물 입자들은 자신들을 육각형패턴으로 변한다. 그리고 그 안에는 넓은 공간이 생긴다. 이 공간 때문 에 물이 얼 때 더 커지고 밀도를 물보다 낮게 만든다. 이것이 얼음이 물에 뜨는 이유이기도 하다. 또한 이것은 왜 물과 얼음조각들로 가득 채워진 컵에서 얼음이 녹아도 물이 흐르지 않는 이유를 설명해 주 기도 한다. 물위의 얼음 10%는 단지 얼음 입자 사이의 공간을 의미하기 때문에(아니면 공기로 채워져 있거나) 얼음이 다 녹아도 물은 넘치지 않는다

93 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험7. 뚜껑 튀어 오름 불광중학교 이근한 좁은 용기 안에서 기체의 증가를 관찰한다. 필름통과 뚜껑, 물, 제산제{메탄계 탄산수(alka-seltzer)} 필름 뚜껑이 닫혔을 때 위에서부터 바라보지 말 것. 누군가를 겨냥하지 말 것. 안전고글(보안경)을 쓸 것. 1. 필름 통을 물로 90% 정도 채운다. 2. 제산제를 넣는다. 3. 재빨리 뚜껑을 닫고 물러선다. 뚜껑은 몇 피트 정도 튀어 올라야 한다. 만약 그렇게 되지 않는다면 다른 필름 통을 사용해야 한다. 제산제가 물에 떨어지는 즉시 이산화탄소(CO₂) 가 방출된다. 이것이 당신이 들은 튀는 소리 이다. 하지만 가스가 빠져 나갈 수 없어서 필름 통 뚜껑이 날아갈 때까지 통 안의 압력이 높아지는 것 이다

94 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험8. 뜨거운 공기 풍선 불광중학교 이근한 기체에 열을 가하면 생기는 현상 관찰하기 병 2개, 풍선, 가열기구, 냄비 2개, 물, 얼음조각 (1) (2) 가열기구나 끓는 물을 사용할 때 조심할 것. 1. 가열기구 위에 냄비를 올려놓고 물을 1 인치 정도 붓는다. 2. 2개의 병뚜껑 위에 풍선을 씌운다. 3. 냄비의 물이 끓으면 병 하나를 집어넣는다. 풍선은 부풀어 오를 것이다. 4. 다른 냄비에는 물을 몇 인치 정도 붓고 얼음조각들을 넣는다. 그리고 병을 바로 넣는다. 풍선은 쪼그라들 것이다. 이 실험은 샤-를의 법칙을 증명하는데 최고의 실험이다. (샤-를의 실험: 가스의 온도가 높아지면 부피도 늘어난다.) 그러므로 기체의 온도가 오르면 기체의 부피 또한 오르는 것 이다. 병이 열을 받으면 병 안의 공기 입자들이 빨리 움직이기 때문에 팽창 하는 것 이다. 그리고 입자들이 식으면 움직임이 줄어들어서 부피가 줄고 그 때문에 풍선이 쪼그라드는 것 이다

95 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험9. 얼음벽돌 자르기 불광중학교 이근한 압력이 얼음에 어떤 영향을 미치는지 관찰하기. 얼음이나 큰 얼음 벽돌, 가는 구리철사, 1파운드 추 2개, 판 1. 판을 부엌 싱크대 위에 올려놓는다. 2. 1피트 정도의 구리철사의 양쪽에 추를 매단다. 3. 얼음을 판 가운데에 놓고 추를 매단 철사를 얼음이 적당히 나뉘도록 얼음 위에 올려놓는다. 4. 철사가 얼음 사이로 지나갈 때까지 시간을 두고 관찰한다. 얼음의 잘린 곳은 다시 얼어 있을 것이다. 압력은 얼음을 녹게 만든다. 그러나 액체인 물은 얼음으로 둘러싸여 있어서 바로 다시 언다. 이것이 철사가 얼음을 자르지 않고 통과 할 수 있었던 이유이다. 이 실험은 르샤틀리에의 법칙(어느 시스템에 압력을 가하면 그 시스템은 압력을 덜기 위해 할 수 있는 모든 것을 한다.)의 예 이다. 예를 들어서 풍선을 손가락으로 찌르면 풍선은 압력을 덜기 위해 찌른 쪽이 들어가게 하거나 부피를 줄인다. 얼음의 경우도 이와 마찬가지 인데 물은 얼음으로 변하면서 부피가 늘어나기 때문에 다시 물로 돌아가면서 부피를 줄이는 것 이다. 이것은 얼음 위에서 스케이트를 탈 때 일어나는 일이다. 스케이트의 압력은 얼음을 바로 녹인다. 그리고 사실은 스케이트는 얇은 물의 막 위에서 타는 것이나 마찬가지 이다. 너무 차가운 얼음은 녹이기가 더 힘들기 때문에 스케이트를 제대로 탈수 없다. 녹은 얼음(물)은 밑의 얼음 때문에 곧바로 다시 언다

96 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험10. 입에서 나오는 뜨거운 바람과 차가운 바람 불광중학교 이근한 기체는 빠져 나오는 구멍의 크기에 따라 온도가 달라질 수 있다는 것을 증명한다. 없음 없음 1. 입을 뾰족하게 만들고 손에다가 입김을 분다. 바람은 차갑게 느껴질 것 이다. 2. 입을 크게 벌리고 손에다가 입김을 분다. 바람은 따듯하게 느껴질 것 이다. 이것은 사소한 실험처럼 보이지만 이것은 몇몇 사실을 증명한다 (36.6 ) 의 입에서 나오는 더운 바람과 찬바람이 얼마나 차이가 있을까? 입을 연 크기가 열쇠이다. 가스를 좁은 구멍으로 내보내려면 이웃 가스 입자를 이어주는 본드가 부서져야 한다. 좁은 공간을 통과할 때의 에너지의 이동은 가스의 온도를 낮춘다. 우리는 이것을 처음 발견한 과학자의 이름을 따 줄 톰슨 효과 라고 알고 있다. 다음에 연무제 통을 사용할 때 아니면 타이어에서 공기를 뺄 때, 아니면 바비큐에 휴대용 가스를 사용할 때 용기를 만져보고 가스가 좁은 구멍으로 나올 때 온도가 눈에 띄게 떨어지는 것을 알 수 있다

97 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험11. 병 속의 보일의 법칙 불광중학교 이근한 병 속을 진공에 가까운 상태로 만들어 안에 있는 풍선을 팽창시키며 보일의 법칙을 증명한다. 입구가 넓은 유리 병(작을수록 좋다.), 풍선, 빨대, 찰흙, 송곳, 진공청소기 (선택사항), 덕트 테이프(duct tape) (선택사항) 1. 송곳을 사용할 때 주의할 것. 언제나 안전고글(보안경)을 쓸 것. 2. 만약 강한 진공청소기를 사용한다면 유리병이 깨질 수 있다. 안전고글을 쓸 것. 1. 고무를 늘리기 위해 풍선에 공기를 여러 번 넣었다 뺐다 한다. 2. 풍선을 불어 묶은 후 병 속에 넣는다. 병 안에 들어 갈 수 있는 한 최대한 크게 분다. 3. 병뚜껑에다 송곳으로 빨대가 간신히 들어 갈만한 구멍을 뚫는다. 구멍의 크기는 빨대구멍의 크기에 따라 바꿀 수 있다. 4. 병뚜껑을 닫고 빨대를 구멍으로 집어넣은 뒤 찰흙으로 틈새를 막는다. 5. 빨대를 빨아 병 안의 공기를 뺀다. 숨을 쉴 때는 빨대구멍을 막고 숨을 쉰다. 6. 병 안의 풍선이 팽창했다는 것을 눈치 채야 한다. 만약 그렇지 않다면 빨대와 뚜껑의 틈새가 확실히 막혔는지 확인한다. 작은 병(공기를 조그만 빼도 (1) (2) 되는)이 더 좋은 결과가 나온다. 7. 풍선이 팽창한 후에 공기를 들여보낸다. 풍선이 수축했다는 것을 알 수 있다. 8. 다르게 하는 방법은 진공청소기를 이용해 진공청소기의 주둥이가 들어 갈만한 병을 찾아 집어넣고 덕트테이프로 틈을 막는다

98 보일의 법칙에 의하면 기체의 압력이 낮아지면 부피는 준다. 그러므로 가스의 압력이 낮아지면 물체의 부피는 줄어준다. 다른 말로는 같은 온도에서 부피와 압력은 반비례한다. 라고 한다. 공기가 병에서 나오면 풍선 주위의 압력이 줄어든다. 그러므로 풍선의 부피가 늘어난다. 공기가 다시 병 안으로 들어가면 풍선 주위의 압력이 늘기 때문에 풍선의 부피가 원래대로 줄어든다. 만약 우리가 기체 입자의 특성을 이해하면 이 실험을 이해하는데 도움을 준다. 풍선은 풍선 벽에 1초에도 몇 번씩 부딪치는 가스 입자들로 구성되어 있다. 이것이 폐를 이용하여 풍선을 불 때 팽창하는 이유 이다. 그러나 주위의 공기 입자들이 풍선을 모든 방향에서부터 누르기 때문에 풍선은 일정한 크기로밖에 늘어나지 못한다. 공기가 병 안에서 나가면 공기 입자들이 줄어들고 풍선 주위에서 누르는 힘도 줄어든다. 그래서 풍선 벽에 힘차게 부딪히고 있는 공기 입자들은 밖에서 누르는 힘이 더 적기 때문에 풍선을 더 팽창 시킬 수 있다. 공기가 다시 병에 들어가면 밖의 공기가 다시 풍선을 누르기 시작해 풍선은 원래의 크기로 되돌아간다

99 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험12. 주사기 속에서 물 끓이기 신림중학교 유혜경 보다 훨씬 낮은 온도에서 물 끓이기 - 스토브 또는 핫플레이트, 캡이 있는 주사기, Pan, 물, 온도계 잡아당긴다. 물이 끓는다. - 스토브를 사용하고, 더운 물 조작할 때 주의하여 실험할 것. 1. 약 70 까지 물을 가열한다. 2. 주사기의 캡을 열고, 플런저를 밀어 주사기의 모든 공기를 완전히 제거 한다. 3. 물속에 주사기를 놓고, 더운 물이 주사기의 반쯤 채워질 때까지 플런저를 잡아당긴다. 4. 주사기의 캡을 다시 끼우고, 물 위에 가능한 빈 공간이 많이 생기도록 플런저를 잡아당긴다. 5. 플런저를 잡아당길 때 주의 깊게 쳐다보아야 하며, 물은 끓는점보다 훨씬 낮은 온도에서즉시 끓기 시작한다. 물 분자들은 항상 액체 상태로부터 기체상태 속으로 도망가려고 시도한다. 만일 열린 상태라면 glass의 물은 증발 할 것 이다. 이것은 뚜껑이 없는 물 컵에서 증발이 일어나는 이유이다. 물이 끓는다는 것은 단순히 많은 물 분자들이 재빨리 도망가는 것을 의미한다. 물 분자들이 도망갈 때 방해하는 가장 큰 요소는 물 분자들 위의 공기분자들의 압력이다. 물을 가열하면, 물 분자들은 액 체로부터 자유롭게 떨어져나가기에 충분한 에너지를 얻고 그리고 기체가 되어 도망간다. 액체위의 공기분자들의 수가 감소함으로써 물 분자들이 더 쉽게 도망갈 수 있기 때문에 끓는점은 낮아지는 것이다. 그것은 더 높은 곳으로 올라갈수록 물이 더 낮은 온도에서 끓는 이유이다. 이 실험에서, 주사기의 플런저를 물 위로 당길 때, 진공상태가 되고, 또는 물위의 공기 압력이 감소한다. 물 표 면위의 공기 분자들의 수가 더 감소되기 때문에 물 분자들은 더 쉽게 도망가는 것을 알 수 있다. 그러므로 물이 끓는다

100 학생활동지 실험12. 주사기 속에서 물 끓이기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 보다 훨씬 낮은 온도에서 물 끓이기 - 스토브 또는 핫플레이트, 캡이 있는 주사기, Pan, 물, 온도계 - 스토브를 사용하고, 더운 물 조작할 때 주의하여 실험할 것. 1. 약 70 까지 물을 가열한다. 2. 주사기의 캡을 열고, 플런저를 밀어 주사기의 모든 공기를 완전히 제거 한다. 3. 물속에 주사기를 놓고, 더운 물이 주사기의 반쯤 채워질 때까지 플런저를 잡아당긴다. 4. 주사기의 캡을 다시 끼우고, 물 위에 가능한 빈 공간이 많이 생기도록 플런저를 잡아당긴다. 5. 플런저를 잡아당길 때 주의 깊게 쳐다보아야 하며, 물은 끓는점보다 훨씬 낮은 온도에서 즉시 끓기 시작한다. 왜 이런 현상이 관찰되는지 써보자

101 1. 액체상태의 물질은 높은 곳으로 올라갈수록 더 낮은 온도에서 끓게 된다. 왜 낮은 온도에서 끓을까 예를 들어서 설명을 해보자. - 물 분자들은 항상 액체 상태로부터 기체상태 속으로 도망가려고 시도한다. 만일 열린 상 태라 면 glass의 물은 증발 할 것 이다. 이것은 뚜껑이 없는 물 컵에서 증발이 일어나 는 이유이다. 물 이 끓는다는 것은 단순히 많은 물 분자들이 재빨리 도망가는 것을 의미한다. 물 분자들이 도망갈 때 방해하는 가장 큰 요소는 물 분자들 위의 공기분자들의 압력이다. 물을 가열하면, 물 분자들은 액체로부터 자유롭게 떨어져나가기에 충분한 에너지를 얻고 그리고 기체가 되어 도망간다. 액체위 의 공기분자들의 수가 감소함으로써 물 분자들이 더 쉽게 도망갈 수 있기 때문에 끓는점은 낮아 지는 것이다. 그것은 더 높은 곳으로 올라갈 수 록 물이 더 낮은 온도에서 끓는 이유이다. 이 실 험에서, 주사기의 플런저를 물 위로 당길 때, 진공상태가 되고, 또는 물위의 공기 압력이 감소한 다. 물 표면위의 공기 분자들의 수가 더 감소되기 때문에 물 분자들은 더 쉽게 도망가는 것을 알 수 있다. 그러므로 물이 끓는다. 잡아당긴다. 물이 끓는다

102 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험13. 냉동고 속의 풍선 신림중학교 유혜경 - 냉동고에 풍선을 넣음으로써 샤를의 법칙을 증명하기 - 풍선, 냉동고, 끈, 자 1. 가능한 한 풍선을 크게 부풀게 한다. 2. 풍선의 원주를 기록하기 위해 풍선의 둘레를 끈으로 싸고, 끈 조각을 잰다. 3. 냉동고에 풍선을 하룻밤동안 놓아둔다. 4. 다음날, 냉동고에서 풍선을 꺼내고, 즉시 풍선의 둘레를 기록한다. 풍선은 훨씬 더 작아 졌어야 한다. 샤를의 법칙은 기체의 온도가 감소함에 따라서 기체의 부피는 감소한다는 것이다. 이유는 온도 가 떨어짐으로써 기체분자들은 감속을 한다. 그러므로 풍선 내부에 대항해서 분자들의 충돌은 덜 빈번하게 되는데, 충돌로 발생된 힘이 많이 줄었기 때문이다. 이것은 풍선이 수축되거나 부피가 감소하게 되는 원인이다. 이 효과는 헬륨가스로 꽉 찬 풍선을 추운 겨울날 밖에 가져갔을 때 매우 눈에 띄게 나타난다. 풍선의 부력이 더 이상 유지되지 않기 때문에 실제로 부피는 많이 감소한다. (1) (2) (3)

103 학생활동지 실험13. 냉동고 속의 풍선 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 냉동고에 풍선을 넣음으로써 샤를의 법칙을 증명하기 - 풍선, 냉동고, 끈, 자 (1) (2) (3) 1. 가능한 한 풍선을 크게 부풀게 한다. 2. 풍선의 원주를 기록하기 위해 풍선의 둘레를 끈으로 싸고, 끈 조각을 잰다. 3. 냉동고에 풍선을 하룻밤동안 놓아둔다. 4. 다음날, 냉동고에서 풍선을 꺼내고, 즉시 풍선의 둘레를 기록한다. 왜 풍선은 훨씬 더 작아 졌 어야 하는지 설명해보자. 1. 온도가 낮아지면 기체의 부피는 감소한다. 샤를의 법칙을 이용하여 설명해보자. 샤를의 법칙은 기체의 온도가 감소함에 따라서 기체의 부피는 감소한다는 것이다. 이 이유는 온 도가 떨어짐으로써 기체분자들은 감속을 한다. 그러므로 풍선 내부에 대항해서 분자들의 충돌은 덜 빈번하게 되는데, 충돌로 발생된 힘이 많이 줄었기 때문이다. 이것은 풍선이 수축되거나 부피가 감 소하게 되는 원인이다. 이 효과는 헬륨가스로 꽉 찬 풍선을 추운 겨울날 밖에 가져갔을 때 매우 눈 에 띄게 나타난다. 풍선의 부력이 더 이상 유지 되지 않기 때문에 실제로 부피는 많이 감소한다

104 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험14. 머시멜로우의 팽창 신림중학교 유혜경 - 주사기 속에 있는 머시멜로우가 팽창되는 이유 - 캡이 있는 주사기, 머시멜로우 1. 주사기에서 피스톤과 캡을 뺀다. 2. 주사기 속에 머시멜로우를 놓는다. (반지름이 큰 주사기가 가장 적합하다, 왜냐하면 주사기 속 에서 머시멜로우가 꽉 찰 수 있기 때문이다. 만일 주사기가 더 작아진다면 미니-머시멜로우가 안 쪽에 꼭 맞게 될 것이다.) 3. 피스톤을 끼어 넣고, 그리고 피스톤을 머시멜로우 위까지 누른다. 4. 캡을 교체하고, 가능한 멀리 피스톤을 잡아당긴다. 머시멜로우가 팽창됨을 관찰할 수 있을 것이다. 5. 캡을 제거하면 공기가 주사기 안으로 들어오기 때문에 머시멜로우는 즉시 오그라든다. 잡아당긴다. 머시멜로우 부피 팽창 피스톤을 잡아당기면, 머시멜로우 위의 주사기 속은 진공 상태가 된다. 더 이상 외부 압력이 작용 하지 않으므로 머시멜로우 내부의 공기는 빠져나갈 수 있다. 이것은 보일의 법칙의 또 다른 예이 다. 기체 주변의 압력을 감소시킨다면 머시멜로우의 부피는 증가한다. 공기가 주사기 안으로 들어 올 때, 머시멜로우의 부피는 감소한다. 다시, 이것은 기체의 압력을 증가시켜 머시멜로우의 부피가 감소하는 보일의 법칙을 증명하는 것이다

105 학생활동지 실험14. 머시멜로우의 팽창 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 주사기 속에 있는 머시멜로우가 팽창되는 이유 - 캡이 있는 주사기, 머시멜로우 1. 주사기에서 피스톤과 캡을 뺀다. 2. 주사기 속에 머시멜로우를 놓는다. (반지름이 큰 주사기가 가장 적합하다, 왜냐하면 주사기 속 에서 머시멜로우가 꽉 찰 수 있기 때문이다. 만일 주사기가 더 작아진다면 미니-머시멜로우가 안 쪽에 꼭 맞게 될 것이다.) 3. 피스톤을 끼어 넣고, 그리고 피스톤을 머시멜로우 위까지 누른다. 4. 캡을 교체하고, 가능한 멀리 피스톤을 잡아당긴다. 머시멜로우가 팽창됨을 관찰할 수 있을 것이 다. 5. 캡을 제거하면 공기가 주사기 안으로 들어오기 때문에 머시멜로우는 즉시 오그라든다. 왜 이런 현상이 관찰될까? 1. 피스톤을 잡아당길 때는 머시멜로우의 부피가 늘어나고, 피스톤을 밀면 머시멜로우의 부피는 감소한다. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자

106 피스톤을 잡아당기면, 머시멜로우 위의 주사기 속은 진공 상태가 된다. 더 이상 외부 압력이 작용 하지 않으므로 머시멜로우 내부의 공기는 빠져나갈 수 있다. 이것은 보일의 법칙의 또 다른 예이 다. 기체 주변의 압력을 감소시킨다면 머시멜로우의 부피는 증가한다. 공기가 주사기 안으로 들어 올 때, 머시멜로우의 부피는 감소한다. 다시, 이것은 기체의 압력을 증가시켜 머시멜로우의 부피가 감소하는 보일의 법칙을 증명하는 것이다. 잡아당긴다. 머시멜로우 부피 팽창

107 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험15. 페니 녹이기 신림중학교 유혜경 - 두 다른 금속 사이의 녹는점 차이를 증명하기 - 프로판 토치, 성냥, 2 페니: 1982년 이전 것과 이후 것 하나씩, 벽돌, 물 한 컵 -프로판 토치를 사용할 때 매우 조심하며 실험을 한다. 매우 높은 온도에 도달하기 때문에. 종이 나 가연성물질을 멀리 옮기고 실험을 한다 년 이전의 페니를 벽돌 위에 올려놓고 몇 분 동안 프 로판 토치로 가열한다. 2. 물과 함께 사용하면서 관찰한다. 페니는 까맣게 되겠지만 본질적으로 변하지는 않는다 년 이후 페니도 같은 방법으로 실험한다. 4. 관찰해 보면, 더 최근의 페니는 은-색깔 금속의 덩어리와 분간할 수 없을 정도로 녹게 된다는 것을 알게 될 것이다. 1982년 이전의 페니들은 근본적으로 구리를 포함한다. 구리의 녹는점은 약 1083 로 매우 높은 온도이기 때문에 프로판 토치로는 녹일 수 없다. 1982년 이후에 수백만 달러의 저축을 계산하기위 한 운동으로, 페니들은 처음에 아연으로 만들고, 구리로 코팅을 하였다. 아연의 녹는점은 약 419 이고, 프로판 토치로 쉽게 녹일 수 있다. 1982년에는 구리나 아연으로 만들어진 페니들을 발견할 수 있다

108 학생활동지 실험15. 페니 녹이기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 두 다른 금속 사이의 녹는점 차이를 증명하기 - 프로판 토치, 성냥, 2 페니: 1982년 이전 것과 이후 것 하나씩, 벽돌, 물 한 컵 -프로판 토치를 사용할 때 매우 조심하며 실험을 한다. - 매우 높은 온도에 도달하기 때문에. 종 이나 가연성물질을 멀리 옮기고 실험을 한다 년 이전의 페니를 벽돌 위에 올려놓고 몇 분 동안 프로판 토치로 가열한다. 2. 물과 함께 사용하면서 관찰한다. 페니는 까맣게 되겠지만 본질적으로 변하지는 않는다 년 이후 페니도 같은 방법으로 실험한다. 4. 관찰해 보면, 더 최근의 페니는 은-색깔 금속의 덩어리와 분간할 수 없을 정도로 녹게 된다는 것을 알게 될 것이다. 1982년 이전의 페니와 이 후의 페니들은 녹는 온도가 다르다. 이유가 무엇 인지 생각을 해보자. 1. 구리로 만든 페니는 토치로 쉽게 녹일 수 없지만, 아연으로 만든 페니들은 토치로 쉽게 녹일 수 있다. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자

109 1982년 이전의 페니들은 근본적으로 구리를 포함한다. 구리의 녹는점은 약 1083 로 매우 은 온 도이기 때문에 프로판 토치로는 녹일 수 없다. 1982년 이후에 수백만 달러의 저축을 장려하기위한 운동으로, 페니들은 처음에 아연으로 만들고, 구리로 코팅을 하였다. 아연의 녹는점은 약 419 이 고, 프로판 토치로 쉽게 녹일 수 있다. 1982년에는 구리나 아연으로 만들어진 페니들을 발견할 수 있다

110 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험16. 우유 병 녹이기 신림중학교 유혜경 - 일정한 모양의 플라스틱을 가열할 때 투명하게 되는 것을 발견하기 - 양초, 성냥, 가위, 플라스틱 우유 병, 집게 - 통풍이 잘되는 외부에서 한다. 연기의 부산물은 유독할 것이다. 열린 불꽃주변에서 주의 하여 실험한다. 플라스틱은 녹으면서 뚝뚝 떨어진다. 실험이 끝났을 때 뜨거운 플라스틱을 물 팬 속에 넣는다. 1. 가위를 사용하여 우유병을 2x2 inches 조각으로 자른다. 플라스틱은 반투명이어야 한다. 2. 집게를 사용하여, 플라스틱이 녹기 시작할 때까지 양초불꽃을 유지시킨다. 녹기 시작할 때, 플 라스틱은 매우 깨끗해지거나 투명해진다. 3. 플라스틱이 뚝뚝 떨어지기 시작 하자마자 물 냄비 속에서 불을 끈다. - 플라스틱이 가열되기 시작할 때, 분자들의 운동은 더욱더 빨라지고 그래서 멀리 흩어진다. 분자 들이 더 멀리 흩어지므로, 빛을 통과하게 되고, 그러므로 플라스틱은 점점 더 투명하게 된다. 좋은 유추법은 여러분 손의 손가락을 확실하게 함께 모으고, 손전등을 비춰보는 것이다. 여러분의 손가 락들이 분자들이라고 상상해라, 그리고 손가락들은 대부분의 빛이 통과하는 것을 방해한다. 여러 분의 손가락들을 펼친다면, 빛은 통과할 수 있다. 이것은 플라스틱 분자들을 가열했을 때 분자들 이 흩어지기 시작하는 경우와 같은 현상이다. 분자들이 단지 멀리 흩어지는 것은 플라스틱이 반투 명상태에서 투명상태로 변하게 만들 수 있는 것이다

111 학생활동지 실험16. 우유 병 녹이기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 일정한 모양의 플라스틱을 가열할 때 투명하게 되는 것을 발견하기 - 양초, 성냥, 가위, 플라스틱 우유 병, 집게 - 통풍이 잘되는 외부에서 한다. 연기의 부산물은 유독할 것이다. 열린 불꽃주변에서 주의 하여 실험한다. 플라스틱은 녹으면서 뚝뚝 떨어진다. 실험이 끝났을 때 뜨거운 플라스틱을 물 팬 속에 넣는다. 1. 가위를 사용하여 우유병을 2x2 inches 조각으로 자른다. 플라스틱은 반투명이어야 한다. 2. 집게를 사용하여, 플라스틱이 녹기 시작할 때까지 양초불꽃을 유지시킨다. 녹기 시작할 때, 플 라스틱은 매우 깨끗해지거나 투명해진다. 3. 플라스틱이 뚝뚝 떨어지기 시작 하자마자 물 냄비 속에서 불을 끈다.반투명 플라스틱이 투명해 진 이유는 무엇인가? 1. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자

112 - 플라스틱이 가열되기 시작할 때, 분자들의 운동은 더욱더 빨라지고 그래서 멀리 흩어진다. 분자 들이 더 멀리 흩어지므로, 빛을 통과하게 되고, 그러므로 플라스틱은 점점 더 투명하게 된다. 좋은 유추법은 여러분 손의 손가락을 확실하게 함께 모으고, 손전등을 비춰보는 것이다. 여러분의 손가 락들이 분자들이라고 상상해라, 그리고 손가락들은 대부분의 빛이 통과하는 것을 방해한다. 여러 분의 손가락들을 펼친다면, 빛은 통과할 수 있다. 이것은 플라스틱 분자들을 가열했을 때 분자들 이 흩어지기 시작하는 경우와 같은 현상이다. 분자들이 단지 멀리 흩어지는 것은 플라스틱이 반투 명상태에서 투명상태로 변하게 만들 수 있는 것이다

113 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험17. 줄-톰슨 효과 재조명 신림중학교 유혜경 - 풍선을 사용하여 줄-톰슨 효과를 증명하기 - 풍선 1. 여러분의 폐 크기 만 하게 풍선을 분다. 재빨리 풍선 바깥표면을 만져보고, 온도를 적어 놓는 다. 따뜻함을 느껴야 한다. 2. 풍선의 공기를 뺀다. 재빨리 풍선바깥 표면을 만져본다. 차가움을 느껴야 한다. - 줄-톰슨 효과 상태는 공기를 조금씩 배출시킬 때, 온도는 떨어진다. 기체를 조금씩 배출시키기 위해 에너지가 필요하기 때문에, 에너지의 이동으로 온도가 낮아지는 것이다. (실험 10을 보라). 공기를 압축시키면, 온도가 높아지는 반대의 경우도 또한 사실이다. 이것은 풍선 안쪽 공기의 힘 이 system에 에너지를 증가시키기 때문이다. 그래서 풍선이 부풀었을 때는 에너지가 공기에 더해 지고, 온도가 올라간다. 풍선을 불면서 생각을 해보자. 한 사람이 풍선 안쪽 공기에 최대한 큰 에 너지로 압력을 가한다. 이 경우에 에너지는 사람으로 부터 공기로 이동을 한다. 그 결과 온도가 올라가는 것이다. 공기를 뺄 때는 에너지가 공기로부터 달아나고, 온도가 떨어지는 것이다. (1) (2)

114 학생활동지 실험17. 줄-톰슨 효과 재조명 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 풍선을 사용하여 줄-톰슨 효과를 증명하기 (1) (2) - 풍선 1. 여러분의 폐 크기 만 하게 풍선을 분다. 재빨리 풍선 바깥표면을 만져보고, 온도를 적어 놓는 다. 따뜻함을 느껴야 한다. 2. 풍선의 공기를 뺀다. 재빨리 풍선바깥 표면을 만져본다. 차가움이 느껴지는 이유는 무엇 인지 설명해보자. 1. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자. - 줄-톰슨 효과 상태는 공기를 조금씩 배출시킬 때, 온도는 떨어진다. 기체를 조금씩 배출시키기 위해 에너지가 필요하기 때문에, 에너지의 이동으로 온도가 낮아지는 것이다. (실험 10을 보라). 공기를 압축시키면, 온도가 높아지는 반대의 경우도 또한 사실이다. 이것은 풍선 안쪽 공기의 힘 이 system에 에너지를 증가시키기 때문이다. 그래서 풍선이 부풀었을 때는 에너지가 공기에 더해 지고, 온도가 올라간다. 풍선을 불면서 생각을 해보자. 한 사람이 풍선 안쪽 공기에 최대한 큰 에 너지로 압력을 가한다. 이 경우에 에너지는 사람으로 부터 공기로 이동을 한다. 그 결과 온도가 올라가는 것이다. 공기를 뺄 때는 에너지가 공기로부터 달아나고, 온도가 떨어지는 것이다

115 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험18. 응축 실험 신림중학교 유혜경 - 찬 곳에서 따뜻한 곳으로 가져오는 것은 응축 현상의 목적이라는 것을 알아내기 - 음료수 유리컵 1. 컵을 30분 동안 냉장고에 놓는다. 2. 꺼내어 관찰한다. 응축현상은 즉시 컵에 나타날 것이다. - 차가운 컵을 따뜻한 방으로 가져온다면 컵 주위의 공기는 즉시 차가워진다. 이것은 수증기가 공기 중에서 액체 물의 작은 물방울로 응축되는 이유이고, 이런 현상은 컵 표면에서 관찰된다. 이 것은 따뜻한 공기 분자들이 차가운 공기분자들보다 더 빠르게 움직이기 때문에, 그러므로 따뜻한 공기 분자들이 더 많은 수증기를 포함할 수 있는 것이다. 공기의 온도가 차가워진다는 것은 증기 형태에서 더 조금 물 분자를 포함하는 것이므로, 약간의 수증기 분자들이 작은 액체 물방울로 응 축되는 이유이다. 이슬의 형성은 밤에 일어나는 것이다. 밤에는 점점 차가워지기 때문에 낮 동안 에 더 따뜻해진 약간의 수증기는 이슬처럼 응축될 것이다. (1) (2) (3)

116 학생활동지 실험18. 응축 실험 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 찬 곳에서 따뜻한 곳으로 가져오는 것은 응축 현상의 목적이라는 것을 알아내기 (1) (2) - 음료수 유리컵 (3) 1. 컵을 30분 동안 냉장고에 놓는다. 2. 꺼내어 관찰한다. 응축현상은 즉시 컵에 나타날 것이다. 이렇게 나타나는 이유를 설명 해보자. 1. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자. - 차가운 컵을 따뜻한 방으로 가져온다면 컵 주위의 공기는 즉시 차가워진다. 이것은 수증기가 공 기 중에서 액체 물의 작은 물방울로 응축되는 이유이고, 이런 현상은 컵 표면에서 관찰된다. 이것 은 따뜻한 공기 분자들이 차가운 공기분자들보다 더 빠르게 움직이기 때문에, 그러므로 따뜻한 공 기 분자들이 더 많은 수증기를 포함할 수 있는 것이다. 공기의 온도가 차가워진다는 것은 증기 형 태에서 더 조금 물 분자를 포함하는 것이므로, 약간의 수증기 분자들이 작은 액체 물방울로 응축 되는 이유이다. 이슬의 형성은 밤에 일어나는 것이다. 밤에는 점점 차가워지기 때문에 낮 동안에 더 따뜻해진 약간의 수증기는 이슬처럼 응축될 것이다

117 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험19. 증발과 냉각 신림중학교 유혜경 - 땀을 흘리면 몸이 왜 차가워지는지 알아내기 - 동일한 온도계 2개, 접시 헝겊, 고무줄, 물 1. 2개의 온도계를 읽는다. 두 온도계는 같아야 한다. 2. 헝겊을 물에 적셔 고무줄로 온도계의 구부를 안전하게 묶는다. 3. 다음 시간 동안 매 분마다 두 온도계를 읽으면서 체크한다. 젖은 헝겊이 부착된 온도계는 온도 가 점점 낮아질 것이다. 물은 젖은 헝겊으로부터 증발할 것이다. 증발은 에너지를 필요로 하고, 그래서 물은 액체로부터 증기로 변하는 것이다. 증발하는 동안에 일어난 에너지의 이동은 온도계 구부의 온도를 낮추게 될 것이다. 더운 날 땀을 흘릴 때, 땀이 증발하려면 몸으로부터 에너지를 이동시키고, 그리고 냉각효 과가 나타난다

118 학생활동지 실험19. 증발과 냉각 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 땀을 흘리면 몸이 왜 차가워지는지 알아내기 - 동일한 온도계 2개, 접시 헝겊, 고무줄, 물 1. 2개의 온도계를 읽는다. 두 온도계는 같아야 한다. 2. 헝겊을 물에 적셔 고무줄로 온도계의 구부를 안전하게 묶는다. 3. 다음 시간 동안 매 분마다 두 온도계를 읽으면서 체크한다. 젖은 헝겊이 부착된 온도계는 온도 가 점점 낮아질 것이다. 왜 그럴까? 설명해보자. 1. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자. 물은 젖은 헝겊으로부터 증발할 것이다. 증발은 에너지를 필요로 하고, 그래서 물은 액체로부터 증기로 변하는 것이다. 증발하는 동안에 일어난 에너지의 이동은 온도계 구부의 온도를 낮추게 될 것이다. 더운 날 땀을 흘릴 때, 땀이 증발하려면 몸으로부터 에너지를 이동시키고, 그리고 냉각효 과가 나타난다

119 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험20. 풍선 속의 물 가열하기 신림중학교 유혜경 - 물은 불꽃이 풍선의 터짐을 충분히 방지하여 차가운 풍선으로 유지시킬 것이라는 사실을 증명 하기 - 몇 개의 풍선들, 물, 양초, 성냥 1. 풍선을 불어서 묶는다. 2. 풍선을 양초 불꽃 위에 놓고, 당신의 귀를 막아라. 3. 지금 또 다른 풍선에 물을 채우고 그리고 묶는다. 4. 물을 채운 풍선을 양초 불꽃위에 놓고 관찰한다. 풍선은 결코 터지지 않는다! 첫 번째 풍선에서, 불꽃이 단순히 고무를 녹이고, 풍선을 터지게 하는 이유이다. 두 번째 풍선에 서는 물이 열을 풍선으로부터 멀리 이동하도록 하여, 그 결과 풍선 표면을 차갑게 유지시키고, 그 리고 풍선의 터짐을 방지하는 것이다. 관련된 실험들 : 같은 효과는 종이컵에 물을 넣고 가열하는 것에서 이끌어 낼 수 있다! 물은 컵으로부터 열을 멀리 이동시켜, 종이가 타는 것을 방지 한다

120 학생활동지 실험20. 풍선 속의 물 가열하기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 물은 불꽃이 풍선의 터짐을 충분히 방지하여 차가운 풍선으로 유지시킬 것이라는 사실을 증명 하기 - 몇 개의 풍선들, 물, 양초, 성냥 1. 풍선을 불어서 묶는다. 2. 풍선을 양초 불꽃 위에 놓고, 당신의 귀를 막아라. 3. 지금 또 다른 풍선에 물을 채우고 그리고 묶는다. 4. 물을 채운 풍선을 양초 불꽃위에 놓고 관찰한다. 풍선은 결코 터지지 않는다. 1. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자. 첫 번째 풍선에서, 불꽃이 단순히 고무를 녹이고, 풍선을 터지게 하는 이유이다. 두 번째 풍선에 서는 물이 열을 풍선으로부터 멀리 이동하도록 하여, 그 결과 풍선 표면을 차갑게 유지시키고, 그 리고 풍선의 터짐을 방지하는 것이다. 관련된 실험들 : 같은 효과는 종이컵에 물을 넣고 가열하는 것에서 이끌어 낼 수 있다! 물은 컵으로부터 열을 멀 리 이동시켜, 종이가 타는 것을 방지 한다

121 GASES, SOLIDS, AND LIQUIDS 실험21. 지폐 태우기 신림중학교 유혜경 - 1달러 지폐 불꽃에서 손상 없이 하기 - 지폐, 70% Isopropyl Alcohol, 물, 컵, 성냥, 집게 - 알코올은 매우 가연성이다. 주변에 아무것도 없도록 불꽃으로부터 멀리하자. 절대로 알코올을 불꽃에 붓지 말자! 항상 성냥을 가지고 실험할 때는 주의하자. 만일 마신 다면 Alcohol은 치명적 일 수 있다. 기체를 들이마시지 않는다. 1. 컵에 물을 30g 정도 붓는다. 2. 물에 60g의 알코올을 더 붓는다. 3. 알코올-물 혼합물에 지폐를 완전히 담근다. 4. 집게로 붙잡고 성냥으로 불을 붙인다. 5. 지폐는 불꽃 속에서 잘 탈것이다, 그러나 불꽃을 끈 후, 지폐는 하나도 상하지 않았다. - 알코올은 매우 가연성이다. 그러므로 지폐는 탄다. 그렇지만, 물을 포함한 혼합물 속에 지폐를 살짝 담그면, 불꽃은 물을 증발시킨다. 증발하려면 에너지가 필요하다 - 주) 위로부터 에너지를 흡수한다, 그 결과 지폐는 기화온도 밑으로 유지된다.(종이가 타는 온도는 451 ) 지폐의 연소를 방해하는 것은 증발의 냉각효과이다. 이것은 무더울 때 우리가 땀을 흘리는 것과 같은 것이다. 우리의 피부에 있는 물의 증발을 위해 우리를 차갑게 유지시켜준다

122 학생활동지 실험21. 지폐 태우기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 1달러 지폐 불꽃에서 손상 없이 하기 - 지폐, 70% Isopropyl Alcohol, 물, 컵, 성냥, 집게 - 알코올은 매우 가연성이다. 주변에 아무것도 없도록 불꽃으로부터 멀리하자. 절대로 알코올을 불꽃에 붓지 말자! 항상 성냥을 가지고 실험할 때는 주의하자. 만일 마신 다면 Alcohol은 치명적 일 수 있다. 기체를 들이마시지 않는다. 1. 컵에 물을 30g 정도 붓는다. 2. 물에 60g의 알코올을 더 붓는다. 3. 알코올-물 혼합물에 지폐를 완전히 담근다. 4. 집게로 붙잡고 성냥으로 불을 붙인다. 5. 지폐는 불꽃 속에서 잘 탈것이다, 그러나 불꽃을 끈 후, 지폐는 하나도 상하지 않았다

123 왜 그럴까? 설명해보자. 1. 이러한 현상이 관찰되는 이유를 설명해보자. 알코올은 매우 가연성이다. - 그러므로 지폐는 탄다. 그렇지만, 물을 포함한 혼합물 속에 지폐를 살짝 담그면, 불꽃은 물을 증발시킨다. 증발하려면 에너지가 필요하다 - 주) 위로부터 에너지를 흡수한다, 그 결과 지폐는 기화온도 밑으로 유지된다.(종이가 타는 온도는 451 ) 지폐의 연소를 방해하는 것은 증발의 냉각효과이다. 이것은 무더울 때 우리가 땀을 흘리는 것과 같은 것이다. - 우리의 피부에 있는 물의 증발을 위해 우리를 차갑게 유지시켜준다

124 Chemical Reactions 실험1. 녹이 슬까, 안 슬까? 옥정중학교 김영미 - 어떤 금속이 녹슬까? - 철못, 아연 도금된 못, 동전, 알루미늄호일, 다른 종류의 금속, 종이타월, 물, 자석 1. 키친 타월 위에 금속을 두고 서로 접촉하지 않은 채 둔다. 2. 키친 타월을 물에 완전히 담근다. 또 다른 젖은 타월을 그 위에 올린다. 3. 며칠 동안 수건이 습기를 머금고 있도록 며칠 그대로 놔둔다. 4. 그러고 나서 각각을 조심스럽게 관찰한다. 철로 구성된 금속에만 녹이 슬었다는 것을 알게 된 다. 5. 혼합물속에 철이 있는지를 알아보기 위해 자석으로 알아본다. (철은 자성을 가지는 몇 안 되는 금속 중의 하나이기 때문에) 젖은 키친 타월 금속 - 녹슨다는 것은 여러 철 화합물을 뒤 덮고 있는 일반적인 과정이다. 녹이 쓸 가능성이 있는 유 일한 물질은 철로 구성된 화합물이다. 이 말은 또 다른 물질들이 아무런 화학반응이 일어나지 않는다는 걸 뜻하는 건 아니다. 그러나 그것이 철과 관련되지 않는 한 녹슨다는 것은 생각할 수가 없다. 산화철에서 녹스는 공식을 살펴보면 녹스는 현상이 발생하기 위해서는 반드시 철과 산소 가 있어야 한다는 것을 알 수 있다. 실제로 반응에 참여하지는 않고 반응속도를 빠르게 하기위한 촉매는 작용한다

125 학생활동지 실험1. 녹이 슬까, 안 슬까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 어떤 금속이 녹슬까? - 철못, 아연 도금된 못, 동전, 알루미늄호일, 다른 종류의 금속, 종이 타월, 물, 자석 젖은 키친 타월 금속 1. 키친 타월위에 금속을 두고 서로 접촉하지 않은 채 둔다. 2. 키친 타월을 물에 완전히 담근다. 또 다른 젖은 타월을 그 위에 올린다. 3. 며칠 동안 수건이 습기를 머금고 있도록 며칠 그대로 놔둔다. 4. 그러고 나서 각각을 조심스럽게 관찰한다. 어떤 금속만 녹이 슬었을까? ( ) 5. 혼합물속에 철이 있는지를 알아보기 위해 자석을 갖다 대 본다. 자석에 들어붙는 금속은? ( ) 철이 포함되지 않은 다른 금속도 녹이 슬까?

126 Chemical Reactions 실험2. 녹스는 속도를 결정짓는 요인은? 옥정중학교 김영미 - 소금이 녹스는 것에 어떤 영향을 미치는지 알아보자. - 쇠못, 키친타월, 물, 소금 1. 젖은 종이 타월 위에 여러 개의 쇠못을 두고 또 다른 젖은 타월로 덮는다. 2. 다른 종이 타월에는 못과 종이 타월 위에 소금을 뿌려서 타월로 덮어둔다. 3. 이 두 가지를 며칠 동안 가만히 내버려두었다가 관찰해본다. 각각이 어느 정도 녹슬었는지를 비교해본다. 4. 위의 실험을 녹이 스는데 영향을 미칠 수 있는 다른 물질들을 사용해서 다시 반복해본다. - 소금을 뿌린 쇠못을 뿌리지 않은 것보다 훨씬 더 많이 녹이 슬었다. 소금이 촉매로 이용되었 다는 사실을 알 수 있다. 미국의 Snow Belt Regions 에 있는 차들은 남쪽 지방의 차보다 훨씬 빨리 녹이 스는데 그 이유는 겨울에 얼음을 녹이기 위해 길에다 소금을 뿌리는데 그 소금이 차를 빨리 녹슬게 하기 때문이다

127 학생활동지 실험2. 녹스는 속도를 결정짓는 요인은? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 소금이 녹스는 것에 어떤 영향을 미치는지 알아보자. - 쇠못, 키친타월, 물, 소금 1. 젖은 종이 타월위에 여러 개의 쇠못을 두고 또 다른 젖은 타월로 덮는다. 2. 다른 종이 타월에는 못과 종이 타월 위에 소금을 뿌려서 타월로 덮어둔다. 3. 이 두 가지를 며칠 동안 가만히 내버려두었다가 관찰해본다. 4. 위의 실험을 녹이 스는데 영향을 미칠 수 있는 다른 물질들을 사용해서 다시 반복해본다. 어느 쪽이 더 녹이 많이 슬었나? ( ) 소금은 못이 녹스는데 어떤 역할을 했을까요?

128 Chemical Reactions 실험3. 어떻게 녹을 없앨까? 옥정중학교 김영미 - 어떤 물질이 녹을 없애는데 효과적인지 알아보자. - 식초, 레몬주스, 코카콜라, 표백제, 암모니아, 다른 액체물질, 플라스틱 컵, 녹슨 못이나 볼트, PH 종이(선택가능) - 표백제와 암모니아는 독성물질이므로 주의를 요함 1. 위의 각 액체들은 컵에 반 정도씩 채운다. 2. 각각의 액체들에 녹이 슨 쇠못을 떨어뜨리고 1주일정도 그대로 놔둔다. 3. 각 쇠못에 남아 있는 녹의 흔적을 관찰 4. 각 물질들의 PH를 조사해보고 그것이 녹을 없애는데 영향을 끼치는지 알아본다. - 산성 물질(코카콜라, 레몬주스, 식초)들은 녹을 제거하는데 가장 효과적이다. 다른 물질들은 녹 을 제거하는 효과가 없을 뿐 아니라 녹이 점점 슬게 하는 작용까지 한다. 산은 녹과 화학반응을 일으켜 녹을 제거하는데 매우 효과적이다

129 학생활동지 실험3. 어떻게 녹을 없앨까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 어떤 물질이 녹을 없애는데 효과적인지 알아보자. - 식초, 레몬주스, 코카콜라, 표백제, 암모니아, 다른 액체물질, 플라스틱 컵, 녹슨 못이나 볼트, PH 종이(선택가능) - 표백제와 암모니아는 독성물질이므로 주의를 요함 1. 위의 각 액체들은 컵에 반 정도씩 채운다. 2. 각각의 액체들에 쇠못을 떨어뜨리고 1주일정도 그대로 놔둔다. 3. 각 쇠못에 남아 있는 녹의 흔적을 관찰한다. 어느 용액에 담겨있는 것이 가장 깨끗하게 녹이 없어졌을까? ( ) 4. 각 물질들의 PH를 조사해보고 그것이 녹을 없애는데 영향을 끼치는지 알아본다. PH가 ( )은 물질이 녹을 없애는 데 효과적이다. 액체의 PH는 녹을 없애는 데 어떤 영향을 미칠까?

130 Chemical Reactions 실험4. 동전을 초록색으로 변화 옥정중학교 김영미 - 동전의 표면이 식초와 반응하여 새로운 화합물을 형성하는지를 관찰한다. - 여러 개의 번쩍이는 동전, 종이 타월, 식초, 소금 1. 종이 타월을 식초에 담근다. 2. 타월의 반에만 동전을 두고 나머지 반으로는 동전을 덮는다. 3. 또 다른 식초에 담근 타월에다 동전을 올리고 그 위에 소금을 뿌린 뒤 나머지 반으로 덮어둔 다. 4. 하룻밤이 지난 뒤에 관찰해 보면 동전이 초록색으로 변해 있는 것을 관찰하게 된다. - 식초나 아세트산은 동전의 구리와 반응하여 아세트산염으로 알려진 새로운 화합물을 만든다. 이 새로운 화합물이 초록색 아세트산구리이다. 이 때 소금은 아세트산구리가 많이 만들어지도록 그 반응 속도를 조절하는 촉매의 역할을 한다

131 학생활동지 실험4. 동전을 초록색으로 변화 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 동전의 표면이 식초와 반응하여 새로운 화합물을 형성하는지를 관찰한다. - 여러 개의 번쩍이는 동전, 종이 타월, 식초, 소금 1. 종이 타월을 식초에 담근다. 2. 타월의 반에만 동전을 두고 나머지 반으로는 동전을 덮는다. 3. 또 다른 식초에 담근 타월에다 동전을 올리고 그 위에 소금을 뿌린 뒤 나머지 반으로 덮어둔 다. 4. 하룻밤이 지난 뒤에 관찰해 보자 각각의 경우 동전이 어떻게 변했을까? ( ) 동전과 식초가 만나면 어떤 화합물이 만들어지며 이때 소금의 역할은?

132 Chemical Reactions 실험5. 철과 구리의 환원 옥정중학교 김영미 - 쇠못에 구리 코팅하기 - 황산구리, 도금이 안 된 쇠못, 플라스틱컵, 물 - 황산구리는 섭취하면 독성이 있으므로 사용 후 손을 씻는다. 1. 반 컵의 물에 황산구리 1 티스푼을 넣어 용액을 만든다. 완전히 녹을 때까지 저어준다. 2. 황산구리 수용액이 담긴 컵 속에 쇠못을 떨어뜨린다. 쇠못이 완전히 침수가 되도록 한다 분후에 쇠못을 건져 관찰한다. 두꺼운 구리코팅이 되어 있고 공기와의 접촉이 있으면 곧 어 두워진다. - 이 실험은 단일치환의 좋은 예이다. 한 종류의 원소가 다른 원소와 교환되는 것이다. 이 반응 에서 못 속의 철은 황산구리 속의 구리와 자리바꿈을 한다. 이것은 철이 구리보다 훨씬 반응성이 큰 금속이라는 사실을 보여준다. 구리는 못 위에 덮여 있고 수용액은 황산철이 된다. CuSO 4 + Fe FeSO 4 + Cu 공기와 접촉하면 구리는 곧 산소와 반응하여 산화구리가 되고 이것이 적갈색이 되는 원인이 된다

133 학생활동지 실험5. 철과 구리의 환원 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 쇠못에 구리 코팅하기 - 황산구리, 도금이 안 된 쇠못, 플라스틱컵, 물 - 황산구리는 섭취하면 독성이 있으므로 사용 후 손을 씻는 다. 1. 반 컵의 물에 황산구리 1 티스푼을 넣어 용액을 만든다. 완전히 녹을 때까지 저어준다. 2. 황산구리 수용액이 담긴 컵 속에 쇠못을 떨어뜨린다. 쇠못이 완전히 침수가 되도록 한다 분후에 쇠못을 건져 관찰한다. 쇠못은 처음과 비교하여 어떻게 달라졌을까? 1. 쇠못의 색깔이 바뀐 이유는 무엇일까?

134 Chemical Reactions 실험6. 암모니아 블루 만들기 옥정중학교 김영미 - 암모니아와 구리가 반응하여 새로운 물질 만들기 - 암모니아, 동전, 플라스틱컵 - 암모니아는 흡입하거나 섭취해서는 안 됨 1. 작은 플라스틱컵 안에 동전을 둔다. 2. 동전을 완전히 덮을 정도의 암모니아를 컵에 붓는다. 3. 일주일동안 매일 관찰 암모니아 동전 - 암모니아와 구리가 반응하여 질산구리이온[Cu(NH 3) 4] 4 +2 을 만든다. 이것은 복합이온의 예이다. 복합이온들은 그들의 특징적인 색깔로 유명하다. 이 경우 진한 파랑색이 만들어진다

135 학생활동지 실험6. 암모니아 블루 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 암모니아와 구리가 반응하여 새로운 물질 만들기 - 암모니아, 동전, 플라스틱컵 - 암모니아는 흡입하거나 섭취해서는 안 됨 암모니아 1. 작은 플라스틱컵 안에 동전을 둔다. 2. 동전을 완전히 덮을 정도의 암모니아를 컵에 붓는다. 3. 일주일동안 매일 관찰한다. 동전은 어떻게 변했을까? 동전 암모니아와 구리가 결합하여 만든 새로운 물질은 무엇일까?

136 Chemical Reactions 실험7. 알루미늄호일이 사라짐 옥정중학교 김영미 - 알루미늄호일을 염산과 반응시켜 사라지게 해보자. 알루미늄호일 - 염산, 작은 유리병(잼병), 알루미늄호일 염산 - 염산은 눈과 피부에 치명적이므로 반드시 고글을 쓰고 실험을 한다. 이 실험은 실외에서 하거 나 통풍이 잘 되는 곳에서 한다. 매우 자극적인 연기가 나오므로 포일을 넣고 나서는 뚜껑을 덮 어두지 않는다. 가스가 차서 폭발의 위험이 있다. 1. 유리병에 염산 1온스(30cc)정도를 붓는다. 2. 유리병 속에 알루미늄호일을 조각내어 여러 개 넣어둔다 - 알루미늄이 염산과 반응하여 염화알루미늄과 수소기체를 만든다. 이것이 알루미늄이 사라지는 이유이다. 산의 농도가 진할수록 알루미늄호일과의 반응은 더 빨리 진행된다. 2Al +6HCl 2AlC 3l+3H

137 학생활동지 실험7. 알루미늄호일이 사라짐 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 알루미늄호일을 염산과 반응시켜 사라지게 해보자. 알루미늄호일 - 염산, 작은 유리병(잼병), 알루미늄호일 염산 - 염산은 눈과 피부에 치명적이므로 반드시 고글을 쓰고 실험을 한다. 이 실험은 실외에서 하거 나 통풍이 잘 되는 곳에서 한다. 매우 자극적인 연기가 나오므로 포일을 넣고 나서는 뚜껑을 덮 어두지 않는다. 가스가 차서 폭발의 위험이 있다. 1. 유리병에 염산 1온스(30cc)정도를 붓는다. 2. 유리병 속에 알루미늄호일을 조각내어 여러 개 넣어둔다 알루미늄호일이 어떻게 되었는가? 알루미늄호일이 사라진 이유는 무엇인가?

138 Chemical Reactions 실험8. 황산구리로부터 구리를 추출하기 옥정중학교 김영미 - 알루미늄호일이 황산구리로부터 구리를 떼 낼 수 있는 것으로 이용이 된다는 것을 보여주기 (소금이 촉매로 작용될 때) - 황산구리, 플라스틱컵, 알루미늄호일, 소금 1. 반 컵의 물에 황산구리 1 티스푼을 넣어 황산구리 용액을 만든다. 완전히 녹을 때까지 섞는다. 2. 가로 4inch 세로 4inch정도 되게 호일을 자른다. 3. 황산구리용액이 담긴 컵 속에 호일을 넣고 몇 분 동안 관찰하면 별 변화가 없을 것이다. 4. 여러 스푼의 소금을 더하고 저어준다 곧 화학변화가 일어나는 것을 볼 수 있다 - 반응이 일어나는데 촉매가 필요한 아주 좋은 예이다. 단일치환반응으로 알루미늄과 구리가 치 환된다. 순수한 구리가 생산되고 액체는 황산알루미늄이 된다. 화학반응식은 다음과 같다. 3CuSO 4 + 2Al Al 2 (SO) 3 +3Cu

139 학생활동지 실험8. 황산구리로부터 구리를 추출하기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 알루미늄호일이 황산구리로부터 구리를 떼 낼 수 있는 것으로 이용이 된다는 것을 보여주기(소금이 촉매로 작용될 때) - 황산구리, 플라스틱컵, 알루미늄호일, 소금 1. 반 컵의 물에 황산구리 1 티스푼을 넣어 황산구리 용액을 만든다. 완전히 녹을 때까지 섞는다. 2. 가로 4inch 세로 4inch정도 되게 호일을 자른다. 3. 황산구리용액이 담긴 컵 속에 호일을 넣고 몇 분 동안 관찰하면 별 변화가 없을 것이다. 4. 여러 스푼의 소금을 더하고 저어준다 어떤 변화가 일어나는가? 반응이 일어나지 않다가 소금이 들어가니까 반응이 일어나기 시작했는데 이때 소금은 어떤 역할을 할까?

140 Chemical Reactions 실험9. 각설탕 태우기 옥정중학교 김영미 - 각설탕을 태우기 위해 촉매가 필요하다는 것을 보여준다. - 각설탕, 핀셋이나 집게, 양초, 담뱃재 1. 각설탕을 집게로 잡고 양초의 불꽃에 넣어 녹는 냄새가 날 때까지 잡고 있는다. 각설탕은 타지 는 않고 단지 녹기만 할 것이다. 2. 또 다른 각설탕은 담뱃재로 완전히 덮는다. 이렇게 했을 때 각설탕은 녹지 않으며 잠깐 동안 타는 장면을 보게 될 것이다. - 담뱃재는 촉매로 작용하는 물질을 포함하고 있어서 각설탕이 단지 녹는 대신에 타게 만들어준 다. 담뱃재는 특별히 어떤 란탄계원소를 내포하고 있거나 촉매로 작용할 수 있는 희귀한 지구형금 속을 포함하고 있다

141 학생활동지 실험9. 각설탕 태우기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 각설탕을 태우기 위해 촉매가 필요하다는 것을 보여준다. - 각설탕, 핀셋이나 집게, 양초, 담뱃재 1. 각설탕을 집게로 잡고 양초의 불꽃에 넣어 녹는 냄새가 날 때까지 잡고 있는다. 각설탕은 타지는 않고 단지 녹기만 할 것이다. 2. 또 다른 각설탕은 담뱃재로 완전히 덮는다. 각설탕이 어떻게 되는가? 담뱃재는 반응에 어떤 역할을 하였을까?

142 Chemical Reactions 실험10. 동전을 깨끗하게 만들기 옥정중학교 김영미 - 어떤 물질이 동전을 깨끗하게 하는데 가장 효과적인지 알아내기 - 변색된 동전들, 플라스틱컵, 케첩, 식초, 레몬주스, 코카콜라, 다른 가정용품 1. 여러 개의 플라스틱 컵에 각각 동전을 둔다. 2. 위에 준비된 물질들을 각 동전에 충분히 덥히도록 뿌려준다. 3. 라벨을 붙인다. 4. 1주일동안 매일 관찰한다. 케첩 식초 레몬주스 코카콜라 - 동전을 깨끗이 하는데 효과적인 것은 케첩, 탄산음료, 식초, 레몬주스와 같은 산성식품이다. 동전표면의 어두운 색은 산화구리이거나 산화제2구리이다. 이것은 공기 중의 산소와 구리가 반응 하여 생기는 것인데 산은 산화구리와 반응하여 그것을 용해시키고 깨끗한 동전이 되게 한다

143 학생활동지 실험10. 동전을 깨끗하게 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 어떤 물질이 동전을 깨끗하게 하는데 가장 효과적인지 알아내기 - 변색된 동전들, 플라스틱컵, 케첩, 식초, 레몬주스, 코카콜라, 다른 가정용품 1. 여러 개의 플라스틱 컵에 각각 동전을 둔다. 2. 위에 준비된 물질들을 각 동전에 충분히 덥히도록 뿌려준다. 3. 라벨을 붙인다. 4. 1주일동안 매일 관찰한다. 각 컵 안에 들어있는 동전들은 어떻게 변했을까? 케첩 식초 레몬주스 코카콜라 더러워진 동전을 깨끗하게 닦으려면 집에서 쓰는 물건 중에 무엇이 있으면 될까?

144 Chemical Reactions 실험11. 산화구리 만들기 옥정중학교 김영미 - 불꽃 속에 동전을 넣고 가열하여 두 종류의 산화구리를 만든다. - 프로판토치나 가스스토브, 1982년 이전의 동전, 집게 - 헌 동전을 사용하지 않고 새 동전을 사 용하면 녹을 수도 있음. 1. 집게를 사용하여 토치불꽃 속에 동전을 30초에서 1분간 두자. 그러면 뚜렷한 붉은 색을 볼 수 있다. 2. 5분정도 계속 달군다. 동전은 완전히 회색으로 변할 것이다. - 동전을 가열하면 구리와 산소를 결합하는 결과를 낳는다. 이 반응은 실제로 연소반응이다. 처음의 가열은 산화제1구리를 만들어 붉은 색으로 된다. 두 번째 가열은 더 산화가 일어나 산화제2구리를 만든다. 구리와 산소의 결합에서 2개의 화합물을 만들 수가 있다. 산화제1구리는 붉은 색이고 산화제2구리는 회색이다. 2Cu +O 2 Cu 2O 2Cu +O 2 2CuO

145 학생활동지 실험11. 산화구리 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 불꽃 속에 동전을 넣고 가열하여 2종류의 산화구리를 만든다. - 프로판토치나 가스스토브, 1982년 이전의 동전, 집게 - 헌 동전을 사용하지 않고 새 동전을 사 용하면 녹을 수도 있음. 1. 집게를 사용하여 토치불꽃 속에 동전을 30초에서 1분간 두자. 그러면 뚜렷한 붉은 색을 볼 수 있다. 2. 5분정도 계속 달군다. 동전의 색은 어떻게 변했을까? 첫 번째 달구었을 때와 두 번째 달구었을 때 색깔이 달라지는 이유는 무엇일까?

146 Chemical Reactions 실험12. 산소생성 옥정중학교 김영미 - 이스트를 사용하여 산소를 얻어냄 - 3% H 2O 2, 활성건조이스트, 유리병, 성냥, 신문 1. 유리병에 과산화수소 1oz를 넣는다. 2. 이스트 1/2 티스푼을 넣고 천천히 젓는다. 3. 신문을 단단하게 말아서 불을 붙인다. 4. 불을 끄고 불씨만 남긴다. 5. 유리병 속으로 불씨를 넣으면 불씨가 되살아난다. 불꽃을 끄고 다시 유리병 속으로 넣는다. - 이스트는 단세포효모이고 촉매로 작용하는 효소이다. 이 촉매는 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 능력이 있다. 2H 2O 2 2H 2O+O 2 n 산소는 다른 물질의 연소를 도와주는 물질이다. 그러나 그 자신은 타지 않는다. 이것이 산소가 있을 때 불씨가 불꽃이 되는 이유이다. 그것은 충분한 산소가 공급된다면 캠파이어불씨가 유지되는 것과 같은 원리이다

147 학생활동지 실험12. 산소생성 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 이스트를 사용하여 산소를 얻어냄 - 3% H 2O 2, 활성건조이스트, 유리병, 성냥, 신문 1. 유리병에 과산화수소 1oz를 넣는다. 2. 이스트 1/2 티스푼을 넣고 천천히 젓는다. 3. 신문을 단단하게 말아서 불을 붙인다. 4. 불을 끄고 불씨만 남긴다. 5. 유리병 속으로 불씨를 넣으면 어떻게 되는가? 이스트는 이 반응에서 어떤 역할을 하였을까?

148 Chemical Reactions 실험13. 산소를 만드는 또 다른 방법 옥정중학교 김영미 - 촉매로 이산화망간을 사용하여 산소 만들기 - 3% 과산화수소, 낡은 건전지, 쇠톱, 유리병, 성냥, 신문 1. 과산화수소를 유리병에 1oz 넣는다. 2. 건전지를 반으로 잘라서 흙회색 가루나 반죽을 떼어 낸다. 이것이 이산화망간이 될 것이다. 3. 과산화수소에 이산화망간을 넣는다. 거품이 생긴다. 4. 신문을 단단하게 말아서 불을 붙여 불씨만 남게 한다. 5. 병속에 불씨를 넣으면 불씨가 되살아난다. 이산화망간 과산화수소 + 이산화망간 - 이산화망간이 촉매로 작용하여 과산화수소가 물과 산소로 나누어진다. 산소는 다른 물질의 연소를 돕는 역할을 하므로 불씨가 살아나는 원인이 된다. 화학반응식은 2H 2O 2 2H 2O+O

149 학생활동지 실험13. 산소를 만드는 또 다른 방법 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 촉매로 이산화망간을 사용하여 산소 만들기 - 3% 과산화수소, 낡은 건전지, 쇠톱, 유리병, 성냥, 신문 1. 과산화수소를 유리병에 1oz 넣는다. 2. 건전지를 반으로 잘라서 흙회색 가루나 반죽을 떼어 낸다. 이것이 MnO 2가 될 것이다. 3. 과산화수소에 이산화망간을 넣는다. 거품이 생긴다. 4. 신문을 단단하게 말아서 불을 붙여 불씨만 남게 불꽃을 분다. 5. 병속에 불씨를 넣으면 신문의 불씨가 어떻게 되는가? 이산화망간 과산화수소 + 이산화망간 과산화수소에 이산화망간이 들어가면 어떤 반응이 일어나는지 화학반응식으로 적고 이때 이산화 망간은 어떤 역할을 하는지?

150 Chemical Reactions 실험14. 수산화마그네슘 생성하기 정신여자고등학교 금상곤 - 2가지의 다른 물질을 섞음으로써 새로운 물질(수산화마그네슘)을 생성한다. - 3개의 투명한 컵, 순수한 암모니아 사리염(Epsom salt, 황산마그네슘) - 암모니아를 섭취했을 경우 인체에 매우 해로우며, 암모니아 연기는 매우 자극적이 므로 보안경을 착용한다. + 사리염 용액 암모니아 수산화마그네슘 1. ½컵의 물에 3티스푼의 사리염을 넣고 다 녹을 때까지 저어준다. 컵의 바닥에 가라앉는 물질 이 없는 맑은 용액이 되어야 한다. 사리염이 더 이상 녹지 않을 때까지 더 넣어준다. 2. 이 용액을 ½컵의 암모니아(NH₄OH)에 첨가한다. 3. 1주일 동안 건드리지 않고 놓아두고 매일매일 관찰한다. - 황산마그네슘에 수산화암모늄을 첨가하는 것은 이중치환반응의 한 예이다. 이것은 그 반응 내 에서 2개의 새로운 생성물질이 형성되었다는 것을 의미한다. 2가지 물질을 섞은 후에는 뿌옇고 흰색인 용액을 관찰할 수 있다. 시간이 지나면서 이 흰색의 물질은 컵의 바닥으로 가라앉을 것이 다. 그것은 실제로는 고체이며 그것이 침전되거나 바닥으로 가라앉기 때문에 침전물이라고 알려 져 있다. 침전물은 불용성이며 그것은 물에 녹지 않음을 의미한다. 따라서 침전물은 쉽게 관찰된 다. 이 흰색 침전물은 수산화마그네슘이라고 알려져 있다. 맑은 액체는 황산암모늄이며 이것은 반응 내에서 형성된 또 다른 생성물질이다. 반응식은 다음과 같다. : 2NH₄OH + MgSO₄ Mg(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄ 수산화마그네슘은 염기이며 과량의 위산을 중화시킨다. 그것은 일반적인 제산제인 산화마그네 슘의 활성성분이다

151 Chemical Reactions 실험15. 염화철(Ⅱ) 생성하기 정신여자고등학교 금상곤 - 철과 염소가 반응하여 염화철(Ⅱ), 또는 염화철(Ⅲ)을 형성한다. - 철제 못, 플라스틱 컵, 표백제 - 표백제는 매우 독성이 강하다. - 보안경을 착용하라. - 옷 위에 표백제를 엎지르지 않도록 주의하라. 1. 철제 못을 플라스틱 컵에 담는다. 2. 못이 다 잠길 만큼 충분히 표백제를 넣어준다. 3. 1주일동안 건드리지 않고 놓아두고 매일매일 관찰한다. - 표백제 속에 들어있는 염소가 못의 철 성분과 반응하여 녹과 비슷한 두꺼운 갈색의 물질을 형성한다. 이 물질은 염화철(Ⅱ), 혹은 염화철(Ⅲ)이라고 알려져 있다. 반응식은 다음과 같다. : 2Fe + 3Cl₂ 2FeCl₃

152 Chemical Reactions 실험16. 봉지 안에서의 반응 정신여자고등학교 금상곤 - 밀봉된 냉동용 봉지 안에서의 화학반응의 영향을 관찰한다. (1) - 구연산, 베이킹 소다, 1갈론의 대용량 냉동용 봉지 필름 통, 보라색 양배추 즙 - 보안경을 착용한다. - 가방이 갑자기 터질 수도 있다. 실험물질을 사용할 때 기재된 적정용량보다 더 많은 양의 물질을 사용하지 않 는다. 그렇지 않으면 봉지가 분명히 터지게 될 것이다! (2) 1. 봉지 안에 2티스푼의 베이킹 소다와 2티스푼의 구연산을 넣는다. 2. 필름 통에 보라색 양배추 즙을 채워 넣는다([산과 염기] - 실험1 을 보아라.). 만일 양배추 즙을 사용할 수 없다면, 물로 대체할 수 있다. 3. 채워진 필름 통이 쏟기지 않게 하고 봉지 안에 넣는다. 4. 봉지를 봉한 후에 물질들을 완전히 섞이게 한다. - 이것은 여러분들이 분명히 반복하기를 원하는 환상적인 반응이다. 화학반응의 모든 증거들인 몇 가지 현상들이 여기서 발생한다. 이산화탄소 기체가 생성되어 봉지를 부풀게 만든다. 봉지를 만지면 차가운 것을 느낄 수 있는데 이것은 흡열반응(주위로부터 열을 흡수하는 반응)의 증거이 다. 보라색 양배추 즙은 산이 존재함에 따라 붉은색으로 변한다

153 학생활동지 실험16. 봉지 안에서의 반응 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 밀봉된 냉동용 봉지 안에서의 화학반응의 영향을 관찰한다. (1) - 구연산, 베이킹 소다, 1갈론의 대용량 냉동용 봉지 필름 통, 보라색 양배추 즙 (2) - 보안경을 착용한다. - 가방이 갑자기 터질 수도 있다. 실험물질을 사용할 때 기재된 적정용량보다 더 많은 양의 물질을 사용하지 않는 다. 그렇지 않으면 봉지가 분명히 터지게 될 것이다! 1. 봉지 안에 2티스푼의 베이킹 소다와 2티스푼의 구연산을 넣는다. 2. 필름 통에 보라색 양배추 즙을 채워 넣는다([산과 염기] - 실험1 을 보아라.). 만일 양배추 즙을 사용할 수 없다면, 물로 대체할 수 있다. 3. 채워진 필름 통이 쏟기지 않게 하고 봉지 안에 넣는다. 4. 봉지를 봉한 다음 물질들을 완전히 섞이게 한 후, 어떤 현상이 관찰되는지 모두 써보자

154 1. 봉지를 부풀게 하는 것은 무슨 기체로 여겨지는가? 2. 부푼 봉지를 손으로 만지면 차가운 것을 느낀다. 그 이유는? - 이것은 여러분들이 분명히 반복하기를 원하는 환상적인 반응이다. 화학반응의 모든 증거들인 몇 가지 현상들이 여기서 발생한다. 이산화탄소 기체가 생성되어 봉지를 부풀게 만든다. 봉지를 만지면 차가운 것을 느낄 수 있는데 이것은 흡열반응(주위로부터 열을 흡수하는 반응)의 증거이 다. 보라색 양배추 즙은 산이 존재함에 따라 붉은색으로 변한다

155 Chemical Reactions 실험17. 수산화알루미늄 생성하기 정신여자고등학교 금상곤 - 2가지 액체의 첨가해서 고체인 수산화알루미늄을 형성한다. - 2개의 투명한 컵, 명반(알루미늄솔루션), 암모니아 - 보안경을 착용한다. - 암모니아는 독성이 있으므로 가까이서 냄새를 맡지 않는다. 알루미늄솔루션 1. 반 컵 이상의 물에 2티스푼의 명반을 넣고, 모두 녹을 때 까지 저어준다. 2. 명반용액이 두텁고 하얀 물질로 변할 때 까지 암모니아를 명반용액에 붓는다. 3. 며칠간 건드리지 않고 놓아두고 관찰한다. - 명반의 알루미늄은 암모니아의 수산화물과 반응하여 수산화알루미늄이라고 알려진 흰색의 침전 물을 형성한다. 수산화알루미늄(Al(OH)₃)은 물에 대해 불용성이며, 따라서 명확하게 관찰된다. 수산화알루미늄은 물보다 밀도가 높기 때문에 결국에는 바닥에 가라앉게 된다

156 Chemical Reactions 실험18. 밝은 파란색에서 어두운 파란색으로 정신여자고등학교 금상곤 - 황산구리의 색을 밝은 파란색에서 어두운 파란색으로 바꾼다. - 황산구리, 투명한 컵, 암모니아 - 보안경을 착용한다. - 황산구리와 암모니아 모두 매우 독성이 강하다. 황산구리용액 1. 한 컵의 물에 황산구리 결정을 조금 넣는다. 녹을 때 까지 저어준다. 용액의 색은 매우 희미 한 밝은 파란색일 것이다. 2. 용액에 적은 양의 암모니아를 첨가한다. 용액의 진한 파란색으로 변할 것이다. - 황산구리와 암모니아의 반응은 착이온을 형성한다. 착이온은 일반적으로 매우 독특한 색으로써 특징을 나타낸다. 이 경우에, 착이온 [Cu(NH₃)₄]+²가 생성되고 이것은 진한 파란색으로 구별된 다. 이 이온은 사암민구리(Ⅱ)로 알려져 있다

157 학생활동지 실험18. 밝은 파란색에서 어두운 파란색으로 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 황산구리의 색을 밝은 파란색에서 어두운 파란색으로 바꾼다. - 황산구리, 투명한 컵, 암모니아 - 보안경을 착용한다. - 황산구리와 암모니아 모두 매우 독성이 강하다. 1. 한 컵의 물에 황산구리 결정을 조금 넣는다. 녹을 때 까지 저어준다. 2. 용액에 적은 양의 암모니아를 첨가한 후 어떤 현상이 관찰되는지 써보자. 황산구리용액 1. 황산구리 용액이 파란색이 되는 것은 무슨 이온 때문일까? 2. 암모니아수를 첨가해서 색깔이 진해지는 이유는 무엇일까? - 황산구리와 암모니아의 반응은 착이온을 형성한다. 착이온은 일반적으로 매우 독특한 색으로써 특징을 나타낸다. 이 경우에, 착이온 [Cu(NH₃)₄]+²가 생성되고 이것은 진한 파란색으로 구별된 다. 이 이온은 사암민구리(Ⅱ)로 알려져 있다

158 Chemical Reactions 실험19. 온도는 반응속도에 영향을 미칠까? 정신여자고등학교 금상곤 - 온도가 화학반응의 속도에 영향을 미치는지 알아본다. - 2개의 light stick(장난감 가게에서 구입할 수 있음) 2개의 찻잔, 열원, 물, 얼음 조각 - 뜨거운 물을 다룰 때 주의한다. 1. 한 컵의 물을 거의 끓을 때까지 가열하라. 2. 다른 컵의 물에는 얼음 조각을 넣어라. 뜨거운 물 3. 두 개의 light stick 모두를 활성화시켜라. 4. 한 개의 light stick은 찬물에 넣고 다른 하나는 뜨거운 물에 넣어라. 불을 끄고 관찰하라. 차가운 물 - light stick의 활성은 화학 발광-열이 없이 빛을 내는 화학반응의 한 예이다. 이것은 또한 냉 광이라고도 알려져 있다. 이와 같은 종류의 반응은 반딧불이 나 심해생물들에게서 일어난다. light stick이 가열되면, stick 내의 분자는 더욱 빨리 움직이며 그 반응의 속도를 증가시킨다. 그러므로 뜨거운 물 안에 있던 light stick은 훨씬 더 밝게 빛을 낸다. 찬물은 분자의 운동을 느리게 만들어서 반응이 느린 속도로 진행되게 한다. 이것은 light stick이 덜 밝게 빛을 내게 한다

159 Chemical Reactions 실험20. 표백제의 탈색효과 정신여자고등학교 금상곤 - 식용색소에 대한 표백제의 효과를 관찰한다. 식용색소 - 깨끗한 플라스틱 컵, 표백제, 식용색소 - 보안경을 착용한다. - 표백제는 매우 독성이 강하므로 옷에 쏟지 않도록 주의한다. 표백제 1. 컵의 반 정도까지 표백제를 채운다. 2. 몇 방울의 식용색소를 더해준다. 완전히 섞기 위해서 저어준다. 3. 몇 분간 관찰한다. 용액이 맑아질 것이다. - 표백제는 화학적으로 식용색소와 반응하여 식용색소가 무색이 되게 한다. 옷감에서의 표백제의 탈색효과는 이런 같은 화학반응 때문에 일어난다

160 Chemical Reactions 실험21. 왜 과산화수소는 거품이 날까? 정신여자고등학교 금상곤 - 과산화수소가 생감자에 닿았을 때 어떤 현상이 일어나는지 관찰함으로써 과산화수소가 상처에 닿았을 때 왜 거품이 나는지 알아본다. - 생감자, 과산화수소 - 과산화수소는 독성이 있다. 1. 생감자를 반으로 자른다. 2. 과산화수소 일정량을 감자 위에 떨어뜨린다. 생감자 - 감자는 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 원인이 되는 카탈라아제라는 효소를 함유하고 있 다. 거품은 방출되는 산소 방울이다. 혈액에는 이와 비슷한 효소가 존재하기 때문에 상처에 과산 화수소가 닿았을 때 거품이 나게 된다

161 학생활동지 실험21. 왜 과산화수소는 거품이 날까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 과산화수소가 생감자에 닿았을 때 어떤 현상이 일어나는지 관찰함으로써 과산화수소가 상처에 닿았을 때 왜 거품이 나는지 알아본다. - 생감자, 과산화수소 - 과산화수소는 독성이 있다. 1. 생감자를 반으로 자른다. 2. 과산화수소 일정량을 감자 위에 떨어뜨린 후, 어떤 현상이 일어나는지 써보자, 생감자 1. 상처 난 곳에 과산화수소를 바르면 거품이 일어나는 것을 관찰할 수 있다. 그 이유에 대하여 생각해보자. - 감자는 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 원인이 되는 카탈라아제라는 효소를 함유하고 있 다. 거품은 방출되는 산소 방울이다. 혈액에는 이와 비슷한 효소가 존재하기 때문에 상처에 과산 화수소가 닿았을 때 거품이 나게 된다

162 Chemical Reactions 실험22. 어떻게 사과가 갈색으로 변하는 것을 막을까? 정신여자고등학교 금상곤 - 사과가 공기에 노출된 후 갈색으로 변하는 것을 막는 방법을 발견한다. - 사과, 비타민 C 정제 비타민 C 정제가루 - 칼로 사과를 자를 때 주의한다. 사과(손대지 않고 놓아둠) 사과 1. 비타민 C 정제를 갈아서 가루로 만든다. 2. 사과를 반으로 자른다. 자른 한쪽을 건드리지 않고 놓아둔다. 다른 반쪽에는 비타민 C 정제 가루를 골고루 뿌린다. 3. 밤새도록 놓아두고 다음날 관찰한다. - 사과는 사과 속에 존재하는 효소가 공기 중의 산소와 반응하기 때문에 갈색으로 변화한다. 비 타민 C는 저해제로서 행동하여 이런 효소들이 공기 중의 산소와 반응하는 기회를 가지기 전에 이 효소들과 반응한다. 그러므로 사과는 갈색으로 변하지 않는다. 비타민 C를 함유하고 있는 레몬주 스를 가지고도 이와 동일한 결과를 얻을 수 있다. 저해제는 화학반응의 속도를 높여주는 촉매와 반대 작용을 한다. 저해제는 반응의 속도를 감소시킨다

163 학생활동지 실험22. 어떻게 사과가 갈색으로 변하는 것을 막을까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 사과가 공기에 노출된 후 갈색으로 변하는 것을 막는 방법을 발견한다. - 사과, 비타민 C 정제 비타민 C 정제가루 - 칼로 사과를 자를 때 주의한다. 사과 사과(손대지 않고 놓아둠) 1. 비타민 C 정제를 갈아서 가루로 만든다. 2. 사과를 반으로 자른다. 자른 한쪽을 건드리지 않고 놓아둔다. 다른 반쪽에는 비타민C 정제 가 루를 골고루 뿌린 후 어떤 현상이 일어나는지 관찰하여 보자. 1. 반으로 자른 사과를 그대로 두면 갈색으로 변하는 이유는 무엇일까? - 사과는 사과 속에 존재하는 효소가 공기 중의 산소와 반응하기 때문에 갈색으로 변화한다. 비 타민 C는 저해제로서 행동하여 이런 효소들이 공기 중의 산소와 반응하는 기회를 가지기 전에 이 효소들과 반응한다. 그러므로 사과는 갈색으로 변하지 않는다. 비타민 C를 함유하고 있는 레몬주 스를 가지고도 이와 동일한 결과를 얻을 수 있다. 저해제는 화학반응의 속도를 높여주는 촉매와 반대 작용을 한다. 저해제는 반응의 속도를 감소시킨다

164 Chemical Reactions 실험23. 녹말 검사 정신여자고등학교 금상곤 - 어떤 음식에 녹말이 포함되어 있는지 알아본다. - 요오드팅크, 다양한 식품(빵, 감자, 마카로니, 쌀, 크래커, 밀가루, 사과, 오렌지), 식용색소 - 요오드팅크가 옷에 묻지 않게 주의한다. 1. 빵조각에 요오드팅크 한 방울을 떨어뜨린다. 검정색에 가까운 진한 파란색이 나타난다. 2. 같은 방식으로 다양한 다른 식품들을 시험한다. - 요오드는 녹말이 존재할 때 거의 검정색에 가까운 진한 파란색으로 변한다. 빵, 쌀, 파스타와 같은 많은 식품에 녹말이 존재한다. 사과와 오렌지는 녹말을 함유하고 있지 않다. 다른 다양한 식품을 가지고 실험해 보아라. 녹말로 인한 어두운 진한 파란색의 형성은 화학변화의 한 예이다

165 Chemical Reactions 실험24. 녹색 침전물 형성하기 정신여자고등학교 금상곤 - 2가지의 액체의 첨가로 녹색의 고체를 형성한다. - 강철 솜, 식초, 암모니아, 유리병 (1) (2) - 보안경을 착용한다. - 암모니아는 독성이 있으므로 가까이서 냄새를 맡지 않는다. 식초 강철솜 iron acetate 1. 강철 솜을 유리병 속에 넣는다. 2. 강철 솜이 잠길 만큼의 충분한 식초를 넣는다. 3. 1주일 동안 놓아둔다. iron acetate가 형성될 것이다. 4. 모든 고체 강철 솜을 용액에서 꺼내서 버린다. 5. 이 액체에 짙은 녹색의 침전물이 형성될 때까지 천천히 암모니아를 가한다. - 철과 식초의 혼합은 iron acetate를 형성한다. 반응식은 다음과 같다: Fe + 2CH₃COOH Fe(CH₃COO)₂ + H₂ 암모니아의 첨가는 암모늄아세테이트와 수산화철의 형성을 발생시킨다. 진한 녹색의 고체는 침전 물로 알려져 있으며, 이것은 암모늄아세테이트이다. 다른 생성물은 액체이며 수산화철이다. 반응 식은 다음과 같다: Fe(CH₃COO)₂ + 2NH₄OH 2NH₄CH₃COO + Fe(OH)₂

166 Chemical Reactions 실험25. 설탕의 분해 인헌중학교 고미경 - 설탕에서 탄소를 분리해낸다. - 진한 황산(배수구 청소용으로 사용 가능한), 설탕, 튼튼한 유리 병 - 진한 황산은 피부와 눈에 유독하므로 고글을 착용하고 피부나 눈에 닿았을 경우에는 물로 씻 고 즉시 치료한다. 유독 기체가 발생하므로 환기에 유의한다. 1. 유리컵에 설탕을 반 정도 넣는다. 2. 같은 양의 황산을 넣는다. 3. 몇 분후 검은 탄소 덩어리를 볼 수 있다. - 설탕의 분자식은 C 12H 22O 11이다. 설탕이 황산과 반응하면 수소와 산소는 수증기가 되어 빠져 나가고 탄소 덩어리에 구멍이 생긴다.(이스트에 의해 생긴 CO 2 가 빠져 나가면서 빵에 구멍이 생 기듯이) 설탕의 수소와 산소의 비율이 물처럼 2:1임을 알 수 있다. 수증기 외에 SO 2 기체도 생기 는데 이 유독 기체 때문에 환기에 유의해야한다. 설탕에서 수소와 산소가 빠져나가므로 탄소 덩어 리만 남게 된다. 탄소 덩어리 외부에 반응하지 않고 남은 황산이 남아 있을 수 있기 때문에 손으 로 만지지 않는다. 이 반응은 발열 반응이므로 유리병이 매우 뜨거워진다

167 Combustion 실험1. 연소 생성물 인헌중학교 고미경 - 양초의 연소 생성물을 관찰한다. - 큰 양초, 성냥, 유리병 - 성냥 사용에 주의한다. 1. 양초의 불꽃 바로 위에 유리병을 둔다. 얇은 층이 생김을 볼 수 있다 초 정도 불꽃 위에 유리병을 둔다. 진한 검은색 막이 생김을 볼 수 있다. - 양초는 탄소와 수소의 화합물인 파라핀이나 왁스로 만들어진다. 파라핀의 분자식은 C 25H 52이다. 양초가 타면 이산화탄소와 수증기가 만들어 진다. C 25H O 2 25CO 2 + H 2O 처음에 관찰된 얇은 층은 양초의 연소 생성물인 수증기이다. 자동차 배기구에서 물방울이 떨 어지는 것을 볼 수 있는데 자동차의 연료인 가솔린도 탄소와 수소의 화합물이기 때문이다. 진한 검은색 층은 검댕으로 이것은 타지 않은 탄소가 유리에 모인 것이다. 그 이유는 양초의 불꽃이 노 란색이기 때문이다. 가스난로의 불꽃은 푸른색인데 이는 노란색 불꽃보다 더 깨끗하고 뜨겁다. 푸 른 불꽃의 경우 대부분의 탄소가 다 연소되어서 팬이나 주전자에 검댕을 남기지 않는다

168 학생활동지 실험1. 연소 생성물 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 양초의 연소 생성물을 관찰한다. - 큰 양초, 성냥, 유리병 - 성냥 사용에 주의한다. 1. 양초의 불꽃 바로 위에 유리병을 둔다 초 정도 불꽃 위에 유리병을 둔다. 어떤 현상이 관찰되는지 모두 써보자. 1. 양초는 탄소와 수소의 화합물인 파라핀이나 왁스로 만들어진다. 파라핀의 분자식은 C 25H 52이 다. 양초가 타면 어떤 물질이 생성될까? 화학 반응식도 써 보자. - 자동차 배기구에서 물방울이 떨어지는 것을 볼 수 있는데 자동차의 연료인 가솔린도 탄소와 수 소의 화합물이기 때문이다. 진한 검은색 층은 검댕으로 이것은 타지 않은 탄소가 유리에 모인 것이다. 그 이유는 양초의 불꽃이 노란색이기 때문이다. 가스난로의 불꽃은 푸른색인데 이는 노 란색 불꽃보다 더 깨끗하고 뜨겁다. 푸른 불꽃의 경우 대부분의 탄소가 다 연소되어서 팬이나 주전자에 검댕을 남기지 않는다

169 Combustion 실험2. 신기한 물 오름 인헌중학교 고미경 - 연소에 산소가 필요함을 보여준다. - 양초, 성냥, 좁은 금속제 파이 팬, 금속 병뚜껑, 유리컵, 물 - 성냥 사용에 주의한다. 1. 금속 병뚜껑에 양초를 고정해 놓는다. 2. 파이 팬에 물을 넣고 병뚜껑에 붙인 양초를 놓아둔다. 물은 양초 높이의 반 정도 차게 한다. 3. 양초에 불을 붙이고 유리컵을 양초위에 덮는다. 4. 양초가 몇 분 동안 타다가 꺼지고 나면 유리컵 안으로 물이 올라오는 것을 관찰할 수 있다. - 보는 것이 믿는 것이다! 물이 올라오는 것은 한 번에 빨리 일어난다. 그 이유는 유리병 안에 부분적인 진공이 생기고 바깥의 대기압에 의해 물이 병 안쪽으로 밀려오는 것이다. 그렇다면 부분 적인 진공은 왜 생긴 것일까? 일반적인 설명으로는 양초가 탈 때 산소가 소비되기 때문이라고 할 수 있다. 이는 유리병을 덮었을 때 양초가 곧 꺼지는 것을 보아도 알 수 있다. 산소는 공기의 약 1/5이므로 수위도 유리병 부피의 약 1/5만큼 올라간다. 하지만 이 설명은 충분하지가 않다. 산소가 소모되고 다른 기체가 생성되는데 이 기체는 산소 의 부피와 거의 같다. 그렇다면 왜 진공이 생기는 것일까? 가장 좋은 설명은 유리병 안이 데워지 면서 기체 분자들의 운동이 활발해져 부피가 팽창되고 팽창된 기체는 갈 곳이 없으므로 아래쪽 물속으로 가게 된다는 것이다. 잘 관찰해보면 유리병을 빠져 나갈려는 기체 방울을 볼 수 있다. 그래서 유리병 안에 진공이 생기고 공기의 압력으로 물이 병 안으로 밀려 올라온다

170 학생활동지 실험2. 신기한 물 오름 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 연소에 산소가 필요함을 보여준다. - 양초, 성냥, 좁은 금속제 파이 팬, 금속 병뚜껑, 유리컵, 물 - 성냥 사용에 주의한다. 1. 금속 병뚜껑에 양초를 고정해 놓는다. 2. 파이 팬에 물을 넣고 병뚜껑에 붙인 양초를 놓아둔다. 물은 양초 높이의 반 정도 차게 한다. 3. 양초에 불을 붙이고 유리컵을 양초위에 덮는다. 4. 양초가 몇 분 동안 타다가 꺼지고 나면 유리컵 안으로 물이 올라오는 것을 관찰할 수 있다. 1. 물이 올라오는 이유는 무엇일까? 2. 물의 높이는 유리병 부피의 얼마만큼 올라올까? 그 이유는 무엇일까? - 유리 병 안에 진공이 생기는 이유: 유리병 안이 데워지면서 기체 분자들의 운동이 활발해져 부 피가 팽창되고 팽창된 기체는 갈 곳이 없으므로 아래쪽 물 속으로 가게 된다. 공기의 구성 성 분 중 이산화탄소는 물에 잘 녹고 산소는 거의 녹지 않는다. 그래서 유리병 안에 진공이 생기 게 된다

171 Combustion 실험3. 불타는 가루 인헌중학교 고미경 - 물질의 표면적이 증가하면 연소 속도가 빨라짐을 알 수 있다. - 프로판 토치나 양초, 성냥, 깔때기, 플라스틱 수조용 관(길이 약 90cm) 밀가루나 Lycopodium가루(마술이나 화약 재료 상에서 살 수 있는 것으로 용의 숨결"Dragon`s Breath"이라고도 한다. 밀가루는 잘 마른 것이 좋다.) - 가연성 물질이 주변에 없어야 한다. 거대한 불꽃 이 생기므로 바깥에서 실험하는 것이 좋고 실내에서 실험을 할 경우 세부적인 상황을 완전히 이해해야 한다. 1. 깔때기는 플라스틱 튜브 끝에 꼭 맞아야한다. 2. 밀가루는 1티스푼, Lycopodium가루의 경우 1/4 티스푼을 깔때기에 넣는다. 원하는 실험 경과에 따라 양을 달리할 수 있다. 처음에는 적은 양부터 시작한다. 3. 깔때기를 양초의 불꽃 가까이에 두고 숨을 힘차게 내뱉는다. 양초의 불꽃이 약한 경우 토치를 사용해도 된다. 거대한 불꽃을 관찰할 수 있다. - 이 실험은 어두운 방에서 할 때 시각적 효과가 크다. 밀가루로 충분한 실험이 안 될 때 거대한 불꽃이 생기는 Lycopodium가루를 사용할 수도 있다. 이 실험은 성공은 밀가루나 Lycopodium가루 의 연소성보다는 불꽃과 닿는 면적이 커지는 가루의 고운 정도에 달려있다. 연소는 화학 반응의 일종으로 불꽃에 닿는 표면적이 클수록 반응 속도가 빨라진다. Lycopodium은 이끼의 포자로 알갱 이가 아주 고와서 밀가루보다 실험이 잘 된다. 고운 가루가 생기는 곡창지대나 공장지대에서 폭발 이 일어나기도 한다. 금속가루의 경우 불꽃이 닿으면 쉽게 불이 붙는다

172 Combustion 실험4. 폭발하는 깡통 인헌중학교 고미경 - 한정된 공간속의 거대한 불꽃의 효과를 볼 수 있다. - 밀가루나 Lycopodium가루, 뚜껑이 있는 큰 커피. 캔, 가로 세로 2.5 cm양초, 송곳, 깔때기, 플라스틱 수조용 관(길이 90cm), 성냥 - 고글을 착용한다. 가능한 멀찍이 서 있는 것이 좋다. 가연성 물질이 주변에 없어야 한다. 1. 송곳으로 커피 캔 바닥에서 에 약 2.5cm 높이에 수조용 관에 잘 맞도록 구멍을 뚫는다. 2. 깔때기를 고무관에 끼워 캔 안의 바닥에 둔다. 3. 밀가루는 1티스푼, Lycopodium가루의 경우 1/4 티스푼을 깔때기에 넣는다. 원하는 실험 경과 에 따라 양을 달리할 수 있다. 4. 양초를 캔의 바닥에 두고 깔때기의 입구가 양초에 맞닿게 한다. 5. 양초에 불을 붙이고 재빨리 뚜껑을 닫는다. 그리고 관을 불어주면 캔 안에 불꽃이 폭발하여 캔 뚜껑이 날아간다. 밀가루가 잘 안될 때에는 Lycopodium가루를 사용한다. 여러 번 실험 하면 더 좋은 결과를 얻을 수 있다. - 실험3과 같은 원리이다. 불꽃의 힘으로 뚜껑이 날아간다. 만약 뚜껑 틈으로 불꽃이 새나오면 테이프로 막는다

173 Combustion 실험5. 불타는 물 인헌중학교 고미경 - 물 위에 뜬 액체도 태울 수 있음을 보여준다. - 뚜껑이 있는 오래된 금속 팬, lighter fluid, 성냥, 물 - lighter fluid는 불이 매우 잘 붙고 한정된 조건에서만 가볍다. lighter fluid는 불에 바로 붓지 않는다. 불을 다룰 때는 반드시 고글을 착용한다. 1. 팬의 바닥에 lighter fluid를 뿜어낸다. 2. 물을 반쯤 채운다. 3. 성냥불을 팬에 넣는다. 불이 붙는다. 4. 뚜껑을 덮어 불을 끈다. - 이 실험은 여러 가지 원리를 알려준다. lighter fluid는 물보다 가벼우므로 물위에 뜬다. 물과 섞이지 않고 분리된다. 그리고 가연성 물질이라 불이 잘 는다. 불을 붙이려면 연료와 산소가 필요 하다. 팬을 덮으면 산소가 차단되므로 불이 꺼진다. 기름불에 물을 뿌리지 말아야 되는 이유와도 관련이 있는 실험이다. 물은 기름과 섞이지 않고 불이 퍼지게만 한다. 그런 불을 끄기 위해서는 덮는 방법밖에 없다. 1970년대 오하이오 클리블랜드의 Cuyahoga강에서 강물에 떠서 발화되는 가연성 산업 용매의 유출로 큰 불이 났다

174 Combustion 실험6. 불타는 머시맬로우 인헌중학교 고미경 - 머시맬로우(marshmallow)의 연소 생성물을 알아본다. - 머시맬로우(marshmallow), 끝이 날카로운 막대 프로판 토치나 장작불 -불이 타는 동안 조심한다. 1. 끝이 날카로운 막대에 머시맬로우(marshmallow)를 끼운다. 2. 완전히 타서 하얀 부분이 남지 않을 때까지 불에 태운다. 3. 차가워지면 손으로 부순다. - 머시맬로우는 슈크로스(sucrose)나 사탕수수 설탕으로 만든다. 화학식은 C 12H 22O 11이다. 설탕 의 수소와 산소 비율이 물처럼 2:1임을 알 수 있다. 그래서 머시맬로우를 태우면 수소와 산소는 수증기로 빠져나가고 검은색의 타지 않은 탄소 덩어리만 남게 된다. 머시맬로우를 가열하면 팽창 하는데 그 이유는 머시맬로우 틈사이의 공기가 빠져나가려 하기 때문이다. 머시맬로우를 태운 다 음 남은 검은 덩어리는 처음의 질량 보다 매우 작은데 탄소는 전체 머시맬로우 질량의 작은 부분 을 차지하기 때문이다. 식품이 타서 검게 변할 때마다 탄소를 분리할 수 있다. 충분히 오래 가열 하면 맛없는 탄소만 남게 된다

175 학생활동지 실험6. 불타는 머시맬로우 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 머시맬로우(marshmallow)의 연소 생성물을 알아본다. - 머시맬로우(marshmallow), 끝이 날카로운 막대 프로판 토치나 장작불 -불이 타는 동안 조심한다. 1. 끝이 날카로운 막대에 머시맬로우(marshmallow)를 끼운다. 2. 완전히 타서 하얀 부분이 남지 않을 때까지 불에 태운다. 3. 차가워지면 손으로 부순다. 1. 처음에 머시맬로우를 가열하면 부피가 팽창한다. 그 이유는 무엇일까? 2. 태우고 남은 검은 덩어리의 성분은 무엇일까? - 머시맬로우는 슈크로스(sucrose)나 사탕수수 설탕으로 만든다. 화학식은 C 12H 22O 11이다. 설탕의 수소와 산소 비율이 물처럼 2:1임을 알 수 있다. 그래서 머시맬로우를 태우면 수소와 산소는 수 증기로 빠져나가고 검은색의 타지 않은 탄소 덩어리만 남게 된다

176 Acid and Base 실험1. 붉은 양배추 지시약 인헌중학교 고미경 - 양배추 즙을 이용하여 어떤 물질이 산인지 염기인지 결정한다. - 붉은 양배추, 팬, 가열기구(hot plate), 물, 투명 유리 용기 여러 개, 식초, 암모니아, 알코올, 여러 가지 가정용품 -가열 기구를 사용할 때 주의하고 액체를 끓일 때도 조심한다. 여러 가지 가정용 세제는 삼키거 나 눈이나 피부에 닿으면 해로운 경우가 많다. 화학 약품을 다룰 때에는 항상 고글을 착용한다. 암모니아와 염색약이 반응하면 유독한 염소 가스가 나오므로 절대 섞지 않는다. 1. 실험 준비 ⑴ 붉은 양배추 잎을 몇 장 찢어 팬에 담는다. 양배추가 잠길 정도로 충분한 물을 넣고 색소가 물 에 다 빠져 나올 때까지 끓인다. 필요하면 물을 더 넣는다. ⑵ 양배추 즙을 여러 개의 투명 유리 용기에 나누어 담고 진한 보라색이나 푸른색이 유지될 정도 로 물을 넣어 묽힌다. 2. 실험 ⑴ 3개의 유리 용기에 양배추 즙을 각각 넣는다. ⑵ 첫 번째 용기에 식초를 넣는다. 붉은색으로 변한다. ⑶ 두 번째 용기에 암모니아를 넣는다. 녹색으로 변한다. ⑷ 세 번째 용기에 알코올을 넣는다. 아무 변화 없다. ⑸ 주변의 다른 물질들로 같은 실험을 해 본다. - 붉은 양배추는 아주 좋은 산 염기 지시약의 예이다. 그 안의 안토시아닌(anthocyanin) 색소 때 문에 산이나 염기가 있으면 색깔이 변한다. 식초는 아세트산으로 양배추 즙이 붉게 변한다. 다른

177 산성 물질도 같은 결과가 나온다. 산성 물질로는 오렌지 주스(시트르산), 사과 주스(말릭산), 탄산 음료(탄산)등이 있다. 암모니아는 염기성 물질로 양배추 즙이 녹색으로 변한다. 다른 염기성 물질 로는 비누, 세제, 염색약, 여러 가지 청소 세제 등이 있다. 알코올은 중성 물질로 양배추 즙에 아 무 변화가 없다. 다른 중성 물질에는 어떤 것이 있는지 찾아보자. 천연 산염기 지시약에는 종류가 많다. 블루베리나 포도 껍질, 비트 등의 진한 색깔의 과일이나 야채 등은 산 염기 지시약이 될 수 있다. 양배추 즙과 같은 방법으로 즙을 추출하여 이용할 수 있 다. 붉은 양배추와 물 붉은 양배추 즙 식초 암모니아 알코올

178 학생활동지 실험1. 붉은 양배추 지시약 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 양배추 즙을 이용하여 어떤 물질이 산인지 염기인지 결정한다. - 붉은 양배추, 팬, 가열기구(hot plate), 물, 투명 유리 용기 여러 개, 식초, 암모니아, 알코올, 여러 가지 가정용품 -가열 기구를 사용할 때 주의하고 액체를 끓일 때도 조심한다. 여러 가지 가정용 세제는 삼키거 나 눈이나 피부에 닿으면 해로운 경우가 많다. 화학 약품을 다룰 때에는 항상 고글을 착용한다. 암모니아와 염색약이 반응하면 유독한 염소 가스가 나오므로 절대 섞지 않는다. 붉은 양배추와 물 붉은 양배추 즙 식초 암모니아 알코올 1. 실험 준비 ⑴ 붉은 양배추 잎을 몇 장 찢어 팬에 담는다. 양배추가 잠길 정도로 충분한 물을 넣고 색소가 물에 다 빠져 나올 때까지 끓인다. 필요하면 물을 더 넣는다

179 ⑵ 양배추 즙을 여러 개의 투명 유리 용기에 나누어 담고 진한 보라색이나 푸른색이 유지될 정 도로 물을 넣어 묽힌다. 2. 실험 ⑴ 3개의 유리 용기에 양배추 즙을 각각 넣는다. ⑵ 첫 번째 용기에 식초를 넣는다 ⑶ 두 번째 용기에 암모니아를 넣는다. ⑷ 세 번째 용기에 알코올을 넣는다 ⑸ 주변의 다른 물질들로 같은 실험을 해 본다. 1. 실험 결과를 정리해보자. 실험 반응물 색깔 변화 성질 1 식초 2 암모니아 3 알코올 2. 주변의 물질들의 성질도 알아보자. 실험 반응물 색깔 변화 성질 붉은 양배추는 아주 좋은 산 염기 지시약의 예이다. 그 안의 안토시아닌(anthocyanin) 색소 때 문에 산이나 염기가 있으면 색깔이 변한다. 식초는 아세트산으로 양배추 즙이 붉게 변한다. 다 른 산성 물질도 같은 결과가 나온다. 산성 물질로는 오렌지 쥬스(시트르산), 사과 쥬스(말릭산), 탄산음료(탄산)등이 있다. 암모니아는 염기성 물질로 양배추 즙이 녹색으로 변한다. 다른 염기 성 물질로는 비누, 세제, 염색약, 여러 가지 청소 세제 등이 있다. 알코올은 중성 물질로 양배추 즙에 아무 변화가 없다. 다른 중성 물질에는 어떤 것이 있는지 찾아보자. 천연 산염기 지시약에는 종류가 많다. 블루베리나 포도 껍질, 비트 등의 진한 색깔의 과일이나 야채 등은 산 염기 지시약이 될 수 있다. 양배추 즙과 같은 방법으로 즙을 추출하여 이용할 수 있다

180 Acid and Base 실험2. 중화 태릉고등학교 김혜리 - 산에 염기를 가해서 중화시키고 염기에 산을 가해서 중화시킨다. - 붉은 양배추 주스 ( 실험 1), 식초, 암모니아, 몇 개의 플라스틱컵, 점안기(eyedropper) - 암모니아를 사용할 때 주의한다. - 약품을 사용하기 전에는 라벨을 읽는다. (1) (2) (3) 1. 붉은 양배추 주스를 컵에 넣은 후 색깔 을 표시한다. 2. 녹색으로 변화될 때까지 암모니아를 넣은 후 암모니아를 한 방울씩 떨어뜨린다. 이때 용액의 액성은 염기성(알칼리성)이다 3. 식초를 넣고 보라색이 되도록 한 방울씩 떨어뜨린다. 이때 용액의 액성은 중성이다 4. 실험을 되풀이하여 식초를 넣어 산으로 만든 후 암모니아를 넣어 중성이 되도록 한다. - 산은 염기를 중화시키고 염기는 산을 중화시킨다. 산의 정의는 물속에 수소이온이 있는 물질이 다. 산을 첨가하면 수소이온이 이온화된다. - 염기의 정의는 용액에 수산화이온이 있는 물질이다. 염기를 첨가하면 수산화이온이 이온화 된다. 수소이온과 수산화이온이 반응해서 중성인 물이 생성된다

181 학생활동지 실험2. 중화 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 산에 염기를 가해서 중화시키고 염기에 산을 가해서 중화시킨다. - 붉은 양배추 주스 ( 실험 1), 식초, 암모니아, 몇 개의 플라스틱컵, 점안기(eyedropper) - 암모니아를 사용할 때 주의한다. - 약품을 사용하기 전에는 라벨을 읽는다. 1. 붉은 양배추 주스를 컵에 넣은 후 색깔을 관찰한 후 기록해보자 2. 암모니아를 넣으면서 색을 관찰한 후 기록한다. 3. 2번에서 색이 변한 양배추 주스에 식초를 넣고 색을 관찰한 후 기록한다. 4. 실험을 되풀이하여 식초를 넣은 후 색과 산으로 만든 후 암모니아를 넣어 중성이 되도록 한다. (1) (2) (3)

182 1. 실험과정에서 관찰한 결과를 다음 표에 작성해보자 처음의 붉은 양배추 색 암모니아를 넣었을 때 붉은 양배추 색 식초를 넣었을 때 붉은 양배추 색 색 액성 2. 지시약을 넣지 않았는데, 반응에서 액성에 따라 붉은 양배추의 색이 변하는 이유는 무엇인가? 3. 양배추주스의 액성을 중성으로 만드는 실험 방법을 설계해보자 - 산은 염기를 중화시키고 염기는 산을 중화시킨다. 산의 정의는 물속에 수소이온이 있는 물질이 다. 산을 첨가하면 수소이온이 이온화된다. - 염기의 정의는 용액에 수산화이온이 있는 물질이다. 염기를 첨가하면 수산화이온이 이온화 된다. 수소이온과 수산화이온이 반응해서 중성인 물이 생성된다

183 Acid and Base 실험3. 산과 호흡작용 태릉고등학교 김혜리 - 붉은 양배추 주스에 숨을 불어넣어 산을 만든다. - 붉은 양배추주스, 빨대, 음료수잔 2개 - 없음 붉은 양배추 주스 1. 붉은 양배추 주스 똑같은 양을 2개의 음료수 잔에 각각 넣는다. 2. 음료수잔 1개는 숨을 불어넣지 않고 그냥 놔둔다. 3. 다른 음료수 잔에는 빨대를 사용하여 몇 분 동안 양배추 잔에 숨을 내뱉은 후 색깔변화가 일 어나는 것을 천천히 본다. 숨을 불어넣지 않은 유리잔과 실험한 유리잔의 색깔을 비교한다. - 물에 입김을 내 뱉을 때 이산화탄소를 내뱉게 되고 이산화탄소는 물과 반응하여 탄산을 생성 한다. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 탄산의 생성은 붉은 양배추주스를 약산으로 변화시킨다. 그러므로 보라색깔은 탄산 때문에 붉은색으로 점차로 변화될 것이다

184 Acid and Base 실험4. 재미있는 Alka-Seltzer 반응 태릉고등학교 김혜리 - Alka-Seltzer알약을 붉은 양배추 주스에 넣어 색깔의 변화를 설명한다. - 붉은 양배추주스, 플라스틱 컵, Alka-Seltzer시약 - 없음 1. 붉은 양배추 주스를 플라스틱 컵에 거의 가득 채운다. 2. 암모니아를 첨가한 후 한 방울씩 떨어뜨려 용액이 염기가(초록색) 되도록 한다. 3. Alka-Seltzer 시약을 넣어 보라색에서 붉은색이 될 때까지 색깔을 관찰한다. 색깔변화가 일어나지 않았다면 Alka-Seltzer시약을 더 넣는다. Alka-Seltzer 시약 - Alka-Seltzer알약은 물에 녹이면 이산화탄소 가스가 발생한다. 이산화탄소가 물과 반응하여 탄 산이 생성된다. 탄산의 생성은 염기성을 중화시키고 마지막에 액성이 산으로 되게 한다. 색깔은 초록색에서 보라색으로 보라색에서 붉은색으로 변화한다

185 학생활동지 실험4. 재미있는 Alka-Seltzer 반응 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - Alka-Seltzer알약을 붉은 양배추 주스에 넣어 색깔의 변화를 설명한다. - 붉은 양배추주스, 플라스틱 컵, Alka-Seltzer시약 - 없음 1. 붉은 양배추 주스를 플라스틱 컵에 거의 가득 채운다. 2. 암모니아를 첨가한 후 한 방울씩 떨어뜨려 용액이 염기가(초록색) 되도록 한다. 3. Alka-Seltzer 시약을 넣어 보라색에서 붉은색이 될 때까지 색깔을 관찰한다. 색깔변화가 일어나지 않았다면 Alka-Seltzer시약을 더 넣는다. Alka-Seltzer 시약

186 1. Alka-Seltzer 시약을 넣었을 때 붉은 양배추 주스 색깔의 변화는? 이 시약의 액성은 무엇인가? 2. Alka-Seltzer 시약을 넣으면 거품이 발생한다. 이 거품을 일으키는 물질의 성질을 조원끼리 토 의하여 써보자 3. Alka-Seltzer 시약과 같은 색으로 양배추주스의 색을 변화시킬 수 있는 물질을 조사하여 적어 보자

187 Acid and Base 실험5. 어떤 제산제가 가장 효과적인가? 태릉고등학교 김혜리 - 어떤 제산제 제품이 효과적인지 알아본다. - 붉은 양배추 주스 플라스틱컵 몇 개 점안제(eyedropper) 제산제 상표명( Tums, Rolaids, Maalox, 일반적인 제품 다른 것들 ) 1. 몇 개의 플라스틱 컵에 같은 양(약1온즈)의 붉은 양배추 주스를 붓는다. 2. 붉은색이 될 때까지 충분한 양의 식초를 붓는다. (단 각각의 컵에 같은 양의 식초를 넣도록 한다) 3. 1개의 컵은 실험의 표준으로 사용하기 위해서 그대로 놓아둔다. 4. 남아있는 컵에 부서진 제산제 시약을 넣는다. (1) (2) (3) control control control 붉은 양배추 식초 첨가 부서진 제산제 5. 주의 깊게 관찰하여 다른 종류의 제산제가 색깔 변화를 하는데 걸리는 시간을 측정한다. 표준 의 컵과 비교한다. - 제산제는 위산을 중화시키는 물질이므로 그 안에 수산화이온과(또는) 탄산염(소다)이 들어있어 서 산을 중화시킨다. 이 실험에서는 제산제가 실질적으로 작용하는가? 얼마나 빨리 작용하는가? 얼마나 많은 산이 중화되는가? 에 대한 질문을 할 수 있다 위 실험은 위 질문에 대한 해답을 줄 수 있다 산이 중화될 때 양배추 색깔은 붉은색에서 푸른 색으로 변한다

188 학생활동지 실험5. 어떤 제산제가 가장 효과적인가? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 어떤 제산제 제품이 효과적인지 알아본다. - 붉은 양배추 주스 플라스틱컵 몇 개 점안제(eyedropper) 제산제 상표명( Tums, Rolaids, Maalox, 일반적인 제품 다른 것들 ) 1. 몇 개의 플라스틱 컵에 같은 양의 (1oz )를 붓는다. 2. 붉은색이 될 때까지 충분한 양의 식초를 붓는다. ( 단 각각의 컵에 같은 양의 식초를 넣도록 한다) 3. 1개의 컵은 실험의 표준으로 사용하기 위해서 그대로 놓아둔다. 4. 남아있는 컵에 부서진 제산제 시약을 넣는다. 5. 주의 깊게 관찰하여 다른 종류의 제산제가 색깔 변화를 하는데 걸리는 시간을 측정한다. 표준의 컵과 비교한다. (1) (2) (3) control control control 붉은 양배추 식초 첨가 부서진 제산제

189 1. 관찰한 양배추 색 변화를 표에 기록해보자 색 액성 색이 변할 때까지 걸린 시간 제산제 1 제산제2 제산제3 2. 양배추 주스색이 변하는 것으로 볼 때 제산제는 액성이 무엇인가? 3. 색 변화가 가장 빠르게 일어나는 것부터 순서대로 적어보자 4. 속이 쓰릴 때 먹는 제산제의 효과가 가장 뛰어난 것은 무엇인가? 그 이유는 무엇인가?

190 Acid and Base 실험6. 베이킹소다에 의한 중화 태릉고등학교 김혜리 - 식초를 넣은 양배추주스에 베이킹소다를 첨가했을 때 나타나는 반응에 대해 알도록 한다. - 붉은 양배추 주스 (실험1을 볼 것), 컵, 베이킹소다, 식초, 숟가락 - 없음 1. 붉은 양배추 주스를 컵에 붓는다. 2. 붉은 색이 될 때까지 식초를 넣는다. 3. 양배추 주스가 중성이 될 때까지 베이킹소다를 넣는다. (1) (2) (3) 붉은 양배추 베이킹소다를 넣는다 식초 첨가 - 식초는 산이므로 양배추주스를 붉은색으로 변화시킨다. 베이킹소다는 산과 반응하면 중화된다. 탄산수소나트륨이 약 염기이므로 식초를 중화하는데 효과적이다. 이 반응은 다음과 같다 NaHCO 3 + CH 3COOH NaCH 3COO + H 2O + CO 2 이 반응에서 이산화탄소가 발생하며 중성인 물질인 염과 물이 생성된다

191 Acid and Base 실험7. 마술 Goldenrod Paper 태릉고등학교 김혜리 - golenrod 종이에 산과 염기의 효과를 알아낸다. - golenrod 종이 몇 장(복사가게에서 이용하는 것), 식초, 암모니아, 점안제 - 암모니아는 증기를 들어 마셨을 경우 인체에 해롭다 1. golenrod 종이에 식초 몇 방울을 떨어뜨린 후 관찰한다. 2. golenrod 종이에 암모니아 몇 방울을 떨어뜨린 후 관찰한다. golenrod 종이 - golenrod 종이는 매우 우수한 지시약이다 염기물질에 닿으면 붉은색으로 변한다. 이것은 이 종 이에 사용된 안료 때문이다. 산은 아무 반응도 하지 않는다. - 이 실험으로 여러 종류의 변형된 다른 실험을 할 수 있다 1. 암모니아에 손가락을 적신 후 피가 난 손가락인 것처럼 속여서 쓸 수 있다 2. 메시지 위를 스카치테이프로 붙인 후 메시지가 나타날 수 있도록 암모니아를 이용하여 종이 위를 스프레이 한다. 3. golenrod 종이에 써있는 메시지를 암모니아를 묻혀 붓으로 칠한다. 4. 암모니아병 입구에 종이를 놓으면 암모니아 증기 때문에 색깔이 변한다. 5. 암모니아를 묻힌 종이의 색깔은 암모니아가 증발되기 때문에 옅어지고 베이킹 소다수용액은 물만 증발하므로 종이가 짙어진다. 6. 암모니아를 떨어뜨린 후 식초를 떨어뜨리면 붉은 색이 원래 종이 색깔인 노란색으로 변한다

192 학생활동지 실험7. 마술 Goldenrod Paper 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - golenrod 종이에 산과 염기의 효과를 알아낸다. - golenrod 종이 몇 장(복사가게에서 이용하는 것), 식초, 암모니아, 베이킹소다 수용액, 점안제 - 암모니아는 증기를 들어 마셨을 경우 인체에 해롭다 1. golenrod 종이에 식초 몇 방울을 떨어뜨린 후 관찰한다. golenrod 종이 2. golenrod 종이에 암모니아 몇 방울을 떨어뜨린 후 관찰한다. 3. golenrod 종이에 베이킹소다 수용액을 몇 방울을 떨어뜨려보자. 4. 시간이 변하면서 종이에 묻힌 용액의 색 변화를 관찰한다. 5. golenrod 종이에 암모니아수를 몇 방울 떨어뜨린 후 그 위에 식초를 떨어뜨려 색 변화를 관찰 한다. 1. 관찰한 결과를 표에 기록해보자 golenrod 종이의 색 변화 식초 암모니아수 베이킹소다 암모니아수에 식초를 넣었을 때

193 2. 액성에 따른 golenrod 종이의 색 변화를 적어보자 산성 : 염기 : 3. 종이에 암모니아와 베이킹소다를 떨어뜨린 후 시간이 지남에 따라 색 진하기의 변화가 어떻게 일어나는지 관찰해보자. 그 이유는 무엇인가? 4. 종이에 암모니아를 떨어뜨린 후 식초를 떨어뜨렸을 때 색 변화를 순서대로 적어보자 색변화가 나타나는 이유는 무엇인가? 이때 일어나는 중화반응을 적어보자

194 Acid and Base 실험8. 염기 지시약을 만들어라 태릉고등학교 김혜리 - 민감하고 효과적인 염기 지시약을 만든다. - Ex-Lax 시약 (Phenolpthalein이 포함된 것), 70% Isopropyl 알코올, 플라스틱 컵, 암모니아, 식초, 알코올, 여러 종류의 세제 - Ex-Lax는 설사제이므로 아이들이 닿지 않는 곳에 둔다. 1. Ex-Lax 시약을 부셔서 1oz 알코올에 녹인다. 양은 정확하 지 않아도 되며 만약 결과가 좋지 않다면 시약 1개를 더 넣 는다. Ex-Lax 시약은 페놀프탈 (1) (3) 레인이 들어있으며 염기 지시 (2) 약으로 이용할 수 있다 2. 플라스틱 컵에 적은 양의 암모니아를 붓는다. 몇 방울의 페놀프탈레인을 넣음 페놀프탈레인 용액을 떨어뜨려 Ex-Lax를 넣는다. 식초 서 밝은 분홍색이 되도록 한다. 알코올 페놀프탈레인을 넣음 3. 식초(산)와 알코올(중성)에 암모니아 위와 같은 방법을 사용하여 실험한 후 아무 반응이 일어나지 않는 것을 관찰한다. 4. 무색이 될 때까지 암모니아 용액에 식초를 첨가한다. - 페놀프탈레인은 염기 지시약이다 염기에서 분홍색으로 변하며 산과 중성에서 아무 변화가 없다 - 페놀프탈레인 용액에 산을 첨가하면 색깔이 사라지는데 그것은 염기가 중화된 것이다

195 Acid and Base 실험9. 마술로 글쓰기 태릉고등학교 김혜리 - 눈에 보이지 않는 잉크로 페놀프탈레인 용액을 이용하여 염기를 가했을 때 나타나게 한다. - 페놀프탈레인 용액, Q-tips 또는 작은 붓, 흰 종이, 암모니아가 담긴 스프레이통, 식초가 담긴 스프레이통 - 암모니아 증기가 자극성이므로 마시지 않도록 한다. 밖에 나가서 실험하도록 한다. 1. 흰 종이에 페놀프탈레인을 묻혀 Qtip이나 붓으로 메시지를 흰 종이에 쓰도록 한다. 2. 잠시 동안 말린 후 스프레이 통을 이용하여 메시지가 나타나도록 암모니아를 흰 종이 위에 뿌 린다. 3. 식초통 스프레이를 흰 종이 뿌려서 메시지가 보이지 않도록 한다. - 페놀프탈레인은 염기 지시약이므로 암모니아를 뿌렸을 때 메시지가 보이고 식초는 산성이므로 메시지가 보이지 않는다. - BTB 지시약은 산성에서 노랑 중성에서 초록 염기성에서 푸른색을 나타낸다

196 학생활동지 실험9. 마술로 글쓰기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 눈에 보이지 않는 잉크로 페놀프탈레인 용액을 이용하여 염기를 가했을 때 나타나게 한다. - 페놀프탈레인 용액, Q-tips 또는 작은 붓, 흰 종이, 암모니아가 담긴 스프레이통, 식초가 담긴 스프레이통, BTB 지시약 - 암모니아 증기가 자극성이므로 마시지 않도록 한다. 밖에 나가서 실험하도록 한다. 1. 흰 종이에 페놀프탈레인을 묻혀 Qtip이나 붓으로 메시지를 흰 종이에 쓰도록 한다. 2. 잠시 동안 말린 후 스프레이 통을 이용하여 메시지가 나타나도록 암모니아를 흰 종이 위에 뿌 린다. 3. 식초통 스프레이를 흰 종이 뿌려서 메시지가 보이지 않도록 한다. 1. 페놀프탈레인을 묻혀 붓으로 흰 종이에 쓴 후 암모니아를 스프레이로 뿌리면 글자색은? 글자가 나타나는 이유는 무엇인가?

197 2. 식초를 뿌리면 글자가 안 보이게 되는 이유는 무엇인가? 3. 종이위에 글자가 나타났다가 없어졌을 때 일어나는 중화 반응식을 완성해보자 4. 글자의 색이 푸른색에서 초록색 노란색이 변화되어 나타나도록 실험방법을 설계해보자

198 Acid and Base 실험10. 분홍색 용액을 투명하게 하라 태릉고등학교 김혜리 - Alka-Seltzer 알약이 염기에서 나타나는 효과를 알아본다. - 페놀프탈레인 용액, 크기가 큰 투명한 유리컵이나 비어있는 테니스 볼 넣는 통, 물, 암모니아, 점안제, Alka-Seltzer 알약 - 암모니아 증기가 유독성이므로 흡입하지 않도록 한다. 1. 통안에 물을 채운다. 2. 진한 핑크색이 나오도록 암모니아와 페놀프탈레인을 넣는다. 3. 용액이 투명해지도록 Alka-Seltzer 알약을 넣고 필요하다면 알약을 더 넣어도 좋다 4. 용액이 분홍색이 되도록 암모니아를 떨어뜨린다. 5. Alka-Seltzer 알약을 다시 넣어 실험을 되풀이한다. - 실험4의 원리와 같다. Alka-Seltzer 알약은 물을 첨가하면 이산화탄소가 발생되고 이산화탄소 가스가 탄산이 되며 용액이 중성이 된 후 산성이 된다. 페놀프탈레인은 중성과 산성에서 무색이다 Alka-Seltzer 알약 페놀프탈레인과 암모니아 맑게 된다

199 Acid and base 실험11. ph 테스트 태릉고등학교 김혜리 - 산성과 염기성을 ph로 알아본다. - ph 시험지, 플라스틱컵, 여러 가지 가사용품들(household substance) - 여러 가지 가사용품들(household substance)의 주의사항을 읽는다. 주의사항에 대해 실험하기 전 숙지한다. 1. 여러 종류의 가사용품을 작은 컵에 붓는다. 2. ph시험지를 사용하여 색깔을 비교한 후 유리병(vial)안에 넣고 색 코드를 적는다. 3. 가장 산성이 강한 것에서 염기성이 강한 것까지 순서를 적어본다 4. 실험1에서 사용한 물질의 ph값을 ph시험지를 이용하여 알아본다. 5. 붉은 양배추 주스의 색깔이 변화할 때 ph시험지를 이용하여 ph를 알아본다. - ph척도는 얼마나 산성인지 염기성인지 알아내는데 쓰인다. ph원리는 용액 안에 수소이온의 양에 의해 결정된다. ph값이 작을수록 강산이고 ph값이 클수록 강염기이다 ph값 7은 중성이고 7 보다 작으면 산성이고 7보다 크면 염기성이다 식초 물 알콜

200 학생활동지 실험11. ph 테스트 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 산성과 염기성을 ph로 알아본다. - ph 시험지, 플라스틱컵, 여러 가지 가사용품들(household substance) - 여러 가지 가사용품들(household substance)의 주의사항을 읽는다. 주의사항에 대해 실험하기 전 숙지한다. 1. 여러 종류의 가사용품을 작은 컵에 붓는다. 2. ph시험지를 사용하여 색깔을 비교한 후 유리병(vial)안에 넣고 색 코드를 적는다. 3. 가장 산성이 강한 것에서 염기성이 강한 것까지 순서를 적어본다 4. 실험1에서 사용한 물질의 ph값을 ph시험지를 이용하여 알아본다. 5. 붉은 양배추 주스의 색깔이 변화할 때 ph시험지를 이용하여 ph를 알아본다. 1. 관찰한 결과를 표에 기록하자 가사용품 1 가사용품 2 가사용품 3 가사용품 4 양배추 주스의 색 ph시험지 색 ph값

201 2. 산에서 염기까지 순서대로 적어보자 (ph값이 작은 수에서 큰 수가 되도록) 3. 양배추와 비슷한 산의 세기를 갖고 있는 가사용품은 무엇일까? 4. 위에 있는 가사용품을 이용하여 중화반응을 하는 실험방법을 설계해보시오 - ph척도는 얼마나 산성인지 염기성인지 알아내는데 쓰인다. ph원리는 용액 안에 수소이온의 양에 의해 결정된다. ph값이 작을수록 강산이고 ph값이 클수록 강염기이다 ph값 7은 중성이고 7 보다 작으면 산성이고 7보다 크면 염기성이다 식초 물 알콜

202 Acid and base 실험12. 빗물이 산성일까? 태릉고등학교 김혜리 - 빗물이 산성비인지 알아본다. - 플라스틱 컵이나 유리잔, ph 시험지, 여러 종류의 물 - 없음 1. 내리는 빗물을 컵에 담아 모은다. 2. ph시험지를 사용하여 ph를 알아본다. 3. ph의 변화를 보기위하여 오랜 시간 동안 실험하도록 한다. 4. 겨울에는 눈을 녹여 사용하여 기록한다. 5. 여러 종류의 물( 강, 호수, 연못, tapwater)을 사용한다. - 차와 공장에서 나오는 오염물질 때문에 공업지역에서는 빗물이 산성이다. 중성인 비도 대기 중 에 있는 이산화탄소 때문에 탄산을 형성하므로 약 산성이다. 물이 산성이 되게 하는 요인에는 흙, 바위, 식물이 있으나 오염물질이 가장 큰 원인이다

203 학생활동지 실험12. 빗물이 산성일까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 빗물이 산성비인지 알아본다. - 플라스틱컵이나 유리잔, ph 시험지, ph 미터, 여러 종류의 물 - 없음 1. 내리는 빗물을 컵에 담아 모은다.(여러 지역의 빗물을 받도록 한다) 2. ph시험지를 사용하여 ph를 알아본다. 3. ph의 변화를 보기위하여 오랜 시간 동안 실험하도록 한다. 4. 겨울에는 눈을 녹여 사용하여 기록한다. 5. 여러 종류의 물( 강, 호수, 연못, tapwater)을 사용한다. 1. 빗물과 여러 종류 물의 ph값을 ph시험지와 ph미터를 사용하여 실험한 결과를 표에 적어보자 물의 종류 ph시험지 색 ph값 빗물 1 빗물 2 강물 하천의 물 수돗물

204 2. 위에 조사한 물중 ph 값이 5.6이하인 물은? 3. 빗물을 여러 지역에서 받은 후 결과를 관찰한 후 비교해보자 공단에서 가까운 곳이 산의 세기가 높으면 그 이유는 무엇인가? 4. 산성비가 생기는 원인을 조원끼리 토의 한 후 정리해보자 - 차와 공장에서 나오는 오염물질 때문에 공업지역에서는 빗물이 산성이다. 중성인 비도 대기 중 에 있는 이산화탄소 때문에 탄산을 형성하므로 약 산성이다. 물이 산성이 되게 하는 요인에는 흙, 바위, 식물이 있으나 오염물질이 가장 큰 원인이다

205 Acid and base 실험13. 흙의 ph 테스트결과는? 태릉고등학교 김혜리 - 다른 종류의 흙의 ph를 측정한 후 ph를 변하게 하는 요인을 알아본다. - ph 시험지, 비닐봉지, 플라스틱컵, 증류수, 매직펜 - 없음 1. 여러 종류의 (목초지, 잔디, 침엽수가 있는 숲, 활엽수가 있는 숲) 흙을 모은 후 비닐 백에 넣 어서 라벨에 흙의 종류를 적는다. 2. 플라스틱 컵에 흙 샘플을 적게 덜은 후 증류수를 부은 후 섞는다. 3. 흙의 ph를 측정한 후 기록한다. - 흙의 종류는 자라나는 식물과 흙 밑에 있는 바위에 의해 결정된다. 바위가 석회암으로 구성되 어있으면 강염기이고 ph값이 높다. 남부에 있는 붉은 진흙에는 산화철이 많이 포함되어있으므로 산성이다. 침엽수가 땅에 떨어져 썩으면 산성이고 활엽수가 떨어져 썩으면 중성이 된다. 잔디는 비료에 따라 ph값이 다르다. 흙1 흙2 흙

206 Acid and base 실험14. 흙 ph 변화시키기 태릉고등학교 김혜리 - 비료를 넣어주면 ph값이 높아지거나 낮아진다. - ph 시험지, 플라스틱컵, 잔디에 있는 흙, 증류수, 여러 종류의 비료, 황산알루미늄, 석회, Miracle-Gro ( 잔디와 나무의 다른 종류의 비료 ) - 비료는 독성이 있으므로 눈에 닿으면 안 좋은 염이 있다. 주의사항을 읽은 후 실험하기 전 숙 지한다. 1. 흙을 티스푼으로 몇 번 4개의 컵에 넣는다. 2. 컵속에 증류수를 넣는다. ( 흙의 양과 비슷하게 물의 양이 되도록 한다.) 3. 잘 섞는다. 4. 비료의 이름을 각각의 컵에 라벨을 사용하여 붙인다. 첫 번째 컵에는 비료를 넣지 않고 표준 (control)이 되도록 한다. 5. 두 번째 컵에 황산알루미늄을 티스푼으로 반이 되게 넣은 후 잘 섞는다. 6. 세 번째 컵에 석회를 티스푼으로 반이 되게 넣은 후 잘 섞는다. 7. 네 번째 컵에 Miracle-Gro ( 잔디와 나무의 다른 종류의 비료 )를 티스푼으로 반이 되게 넣은 후 잘 섞는다. 8. 또 다른 비료가 있다면 위와 같은 방법으로 컵에 넣도록 한다. 9. 각각의 컵속에 들어있는 물질의 ph를 측정한다. - 황산알루미늄은 ph값이 낮고 강산이다. 석회는 ph값이 높고 강염기성이다. Miracle-Gro는 대 부분의 비료처럼 ph값이 변화되지 않게 한다. 그 이유는 중성인 영양물질을 포함하고 있기 때문 이다

207 식물은 특정한 ph에서 잘 자란다. 진달래. 소나무와 같은 상록수는 흙이 산성일 때 잘 자란다. 잔디는 염기성에서 잘 자라므로 석회를 뿌린다. control 황산알루미늄 석회 Miracle-Gro

208 Acid and base 실험15. 탄산칼슘으로 테스트하기 태릉고등학교 김혜리 - 탄산칼슘이 들어있는 물질을 식초와 반응시켜 반응을 알아본다. - 식초, 플라스틱컵, 붉은 양배추, 달걀껍질, Tums, 분필, 조개껍질, 여러 종류의 돌 1. 플라스틱 컵에 테스트 할 물질을 각각 넣는다. 2. 식초를 물질이 잠길 정도로 붓는다. 3. 시간마다 어떤 현상이 일어났는지 관찰한다. 밤새도록 놔둔 후 다음날 아침까지 주의 깊게 관 찰한다. 4. 탄산칼슘이 있다면 거품이 생기고 거품이 관찰되는 컵에 붉은 양배추를 넣는다. 아침에 보라 색으로 변한다. - 석회라고 하는 탄산칼슘은 산성을 중화시킨다. 암석에 탄산칼슘이 들어있다면 산을 넣었을 때 이산화탄소 때문에 거품이 생긴다. CaCO 3 + CH 3COOH CaCH 3COO + H 2O + CO 2 탄산칼슘은 식초와 반응하여 칼슘아세테이트(염), 물, 이산화탄소가 생성된다. 분필, tums, 달걀껍질, 조개껍질은 탄산칼슘으로 구성되어있다 암석에 거품이 일어난다면 석회 암이 있기 때문이다. 지질학자는 산을 떨어뜨려 반응시킨 후 암석의 종류를 알아보는 테스트를 한 다. 탄산칼슘이 산과 반응하면 중화되고 붉은 양배추의 색이 붉은색에서 보라색으로 변한다. 분필 조개껍질 달걀껍질

209 학생활동지 실험15. 탄산칼슘으로 테스트하기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 탄산칼슘이 들어있는 물질을 식초와 반응시켜 반응을 알아본다. - 식초, 플라스틱컵, 붉은 양배추, 달걀껍질, Tums, 분필, 조개껍질, 여러 종류의 돌 - 없음 1. 플라스틱 컵에 테스트 할 물질을 각각 넣는다. 2. 식초를 물질이 잠길 정도로 붓는다. 3. 시간마다 어떤 현상이 일어났는지 관찰한다. 밤새도록 놔둔 후 다음날 아침까지 주의 깊게 관 찰한다. 4. 탄산칼슘이 있다면 거품이 생기고 거품이 관찰되는 컵에 붉은 양배추를 넣는다. 아침에 보 라색으로 변한다. 1. 관찰한 결과를 표에 기록해보자 식초를 넣었을 때 일어나는 현상 암석1 암석2 암석3 분필 달걀껍질

210 2. 식초를 넣었을 때 거품이 가장 많이 발생하는 물질을 순서대로 적어보자 3. 거품이 많이 발생하고 적게 발생하는 물질의 차이점은 무엇인지 조원끼리 토의한 후 적어보자 4. 거품이 생기는 원인과 이 때 발생하는 기체는 무엇인가? 5. 탄산칼슘과 식초를 넣었을 때 일어나는 반응식을 적어보자 암석1 암석2 암석3 달걀껍질 분필 달걀껍질

211 Acid and base 실험16. 좋은 석상 재료 고르기 둔촌고등학교 진광우 - 풍화에 강한 건축 재료나 석상 및 비석 재료로 쓰이는 암석을 잘 고른다. - 암석관련 서적, 석회암조각, 화강암조각, 플라스틱 컵, 식초 - 없음 1. 암석관련 서적을 이용하여 석회석과 화강암에 관한 자료를 찾아본다. 2. 두 개의 플라스틱 컵에 각각 석회석 조각과 화강암 조각을 넣고, 충분한 양의 식초를 넣은 다 음 마개로 덮는다. 이 때 석회석은 거품이 생기지만, 화강암은 거품이 생기지 않는다. 3. 거품이 나오지 않을 때까지 관찰하고, 각각의 암석의 모양을 자세히 관찰한다. 석회석은 주성분이 탄산칼슘이므로 산을 넣으면 산과 반응하여 CO 2를 발생한다. 그러나 화강암은 탄산칼슘 성분이 들어 있지 않기 때문에 산을 넣어도 산의 영향을 받지 않아 CO 2를 발생하지 않 는다. 우리는 오래된 묘지에 비석을 보는 경우가 있는데, 비석에 쓰인 글씨가 비바람에 풍화되어 잘 보이지 않는 경우가 있다. 석회암으로 된 비석은 비바람에 오랫동안 노출되는 경우 이와 같이 심하게 훼손된다. 이것은 고대 그리스와 로마 시대의 건축물이나 조각상이 심하게 훼손되어 있는 것과 같은 현상과 같다. 그러나 화강암으로 만들어진 비석은 산성비에 강하여 수천 년 동안이나 거의 본래의 모습을 유지하고 있다. 따라서 화강암은 석회암과는 달리 오래 전부터 가장 좋은 건 축 재료로서 이용되어 오고 있다

212 학생활동지 실험16. 좋은 석상 재료 고르기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 풍화에 강한 건축 재료나 석상 및 비석 재료로 쓰이는 암석을 잘 고른다. - 암석관련 서적, 석회암조각, 화강암조각, 플라스틱 컵, 식초 - 없음 1. 암석관련 서적을 이용하여 석회석과 화강암에 관한 자료를 찾아본다. 2. 두 개의 플라스틱 컵에 각각 석회석 조각과 화강암 조각을 넣고, 충분한 양의 식초를 넣은 다 음 마개로 덮는다. 이 때 석회석은 거품이 생기지만, 화강암은 거품이 생기지 않는다. 3. 거품이 나오지 않을 때까지 관찰하고, 각각의 암석의 모양을 자세히 관찰한다. 1. 석회암으로 만들어진 조각상은 화강암으로 된 조각상 보다 부식이 빠르게 진행된다. 우리 주변에서 이와 같은 예를 들어보자. 2. 석회암 조각이 화강암 조각보다 부식이 빠르게 진행되는 까닭은 무엇인가?

213 - 석회석은 주성분이 탄산칼슘이므로 산을 넣으면 산과 반응하여 CO 2 를 발생한다. 그러나 화강암 은 탄산칼슘 성분이 들어 있지 않기 때문에 산을 넣어도 산의 영향을 받지 않아 CO 2를 발생하지 않는다. 우리는 오래된 묘지에 비석을 보는 경우가 있는데, 비석에 쓰인 글씨가 비바람에 풍화되 어 잘 보이지 않는 경우가 있다. 석회암으로 된 비석은 비바람에 오랫동안 노출되는 경우 이와 같 이 심하게 훼손된다. 이것은 고대 그리스와 로마 시대의 건축물이나 조각상이 심하게 훼손되어 있 는 것은 그 까닭이다. 그러나 화강암으로 만들어진 비석은 산성비에 강하여 수천 년 동안이나 거 의 본래의 모습을 유지하고 있다. 따라서 화강암은 석회암과는 달리 오래 전부터 가장 좋은 건축 재료로서 이용되어 오고 있다

214 Acid and base 실험17. 달걀껍질 제거하기 둔촌고등학교 진광우 - 달걀껍질을 녹여서 말랑말랑한 달걀을 만드는 방법을 안다. - 달걀, 큰 플라스틱 컵, 식초 - 없음 1. 큰 플라스틱 컵에 달걀을 넣는다. 2. 달걀이 잠기도록 충분한 양의 식초를 넣는다. 3. 7~8일 동안 손이 닿지 않는 곳이 놓아둔다. 4. 달걀껍질을 제거하고, 달걀 표면을 손으로 만져 본다. 식초(아세트산)는 달걀껍질의 주성분인 탄산칼슘과 반응하여 완전히 껍질을 녹인다. 처음에는 달걀껍질이 식초와 반응하여 기포가 생기는데 이것은 이산화탄소 CO 2가 발생하기 때문이며, 결국 달걀껍질은 산에 녹아 없어지게 된다. 껍질이 제거된 말랑말랑한 달걀은 바닥에 떨어뜨리면 튀지 만 세게 치면 깨진다. 그리고 달걀 내부에서는 액체의 확산 현상으로 처음의 크기보다는 약간 커 진 상태가 된다

215 학생활동지 실험17. 달걀껍질 제거하기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 달걀껍질을 녹여서 말랑말랑한 달걀을 만드는 방법을 안다. - 달걀, 큰 플라스틱 컵, 식초 1. 큰 플라스틱 컵에 달걀을 넣는다. 2. 달걀이 잠기도록 충분한 양의 식초를 넣는다. 3. 7~8일 동안 손이 닿지 않는 곳이 놓아둔다. 4. 달걀껍질을 제거하고, 달걀 표면을 손으로 만져 본다. 1. 달걀껍질이 식초와 반응하여 이산화탄소기체를 발생하는 것으로부터 달걀껍질에는 어떤 성분 이 들어있다고 생각하는가? 2. 달걀껍질에서 일어나는 반응이 참새나 메추리알의 껍질에서도 같은 반응이 일어나는가? 달걀껍질에는 탄산칼슘의 성분이 들어 있기 때문에 식초와 반응하여 이산화탄소를 발생시키면서 달걀껍질을 완전히 녹이는 반응이 일어난다. 껍질이 제거된 달걀은 말랑말랑한 상태로 바닥에 떨 어뜨리면 튀지만 세게 치면 깨진다. 그리고 달걀 내부에서는 액체의 확산 현상으로 처음의 크기보 다는 약간 커진 상태가 된다. 또 달걀껍질의 성분은 참새나 메추리알의 껍질과 같기 때문에 식초에 의해서 같은 반응이 일어 난다

216 Acid and base 실험18. 베이킹소다와 베이킹파우더의 차이 둔촌고등학교 진광우 - 빵을 구을 때 쓰이는 베이킹-소다와 베이킹-파우더를 구별하는 방법을 안다. - 베이킹소다(baking soda), 베이킹파우더(baking powder), 플라스틱 컵, 증류수, 만능지시약 - 없음 물 물 1. 두 개의 컵을 준비하여 베이킹-소다와 베이킹-파우 더를 각각 5g씩 넣는다. 2. 두 개의 컵에 각각 증류수 10mL씩을 넣는다. 3. 주의 깊게 관찰한다.(베이킹-파우더는 거품이 생기 지만, 베이킹-소다는 거품이 생기지 않는다.) 4. 두 용액을 각각 만능지시약으로 ph를 측정해 본다. 베이킹소다 베이킹파우더 베이킹-소다(NaHCO 3)는 물과 반응하지 않으나 아세트산과는 빠르게 반응하여 CO 2를 발생한다. 한편, 베이킹-파우더는 그 속에 NaHCO 3 뿐만 아니라 타르타르산과 같은 성분이 들어있기 때문에 물을 첨가하면 반응한다. 베이킹-파우더는 그 속에 들어 있는 가루로 된 타르타르산이 물에 용해 되면서 NaHCO 3와 반응으로 Na 2CO 3와 CO 2가 생성되기 때문이다. 이 용액의 ph는 탄산나트륨 (Na 2CO 3)이 가수분해하여 생긴 소량의 OH - 의 영향으로 ph 8 정도의 약한 염기성 용액이 된다. 베이킹-파우더는 물과 반응하여 CO 2 거품이 일어나기 때문에 빵을 굽거나 물질을 부풀게 하는데 사용한다. 만일 베이킹-소다(NaHCO 3)를 이용한다면 산의 성분을 추가로 넣어 주어야 CO 2가 발생 하지만, 베이킹-파우더는 그 자체에 건조된 타르타르와 같은 산이 들어 있으므로 추가로 산을 넣 어 주지 않아도 물만 부으면 CO 2가 발생한다

217 학생활동지 실험18. 베이킹소다와 베이킹파우더의 차이 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 빵을 구을 때 쓰이는 베이킹-소다와 베이킹-파우더를 구별하는 방법을 안다. - 베이킹소다(baking soda), 베이킹파우더(baking powder), 플라스틱 컵, 증류수, 만능지시약 - 없음 물 물 1. 두 개의 컵을 준비하여 베이킹-소다와 베이킹-파우더를 각각 5g씩 넣는다. 2. 두 개의 컵에 각각 증류수 10mL씩을 넣는다. 베이킹소다 베이킹파우더 3. 주의 깊게 관찰한다.(베이킹-파우더는 거품이 생기지만, 베이킹-소다는 거품이 생기지 않는다.) 4. 두 용액을 각각 만능지시약으로 ph를 측정해 본다. 1. 베이킹소다와 베이킹파우더의 차이는 무엇이라고 생각하는가? 2. 위의 두 가루성분을 증류수에 넣었을 때 베이킹-파우더는 거품이 생기지만, 베이킹-소다는 거 품이 생기지 않는 까닭은 무엇인가?

218 베이킹-소다(NaHCO 3 )는 물과 반응하지 않으나 아세트산과는 빠르게 반응하여 CO 2 를 발생한다. 한편, 베이킹-파우더는 그 속에 NaHCO 3 뿐만 아니라 타르타르산과 같은 성분이 들어있기 때문에 물을 첨가하면 반응한다. 베이킹-파우더는 그 속에 들어 있는 가루로 된 타르타르산이 물에 용해 되면서 NaHCO 3 와 반응으로 Na 2 CO 3 와 CO 2 가 생성되기 때문이다. 이 용액의 ph는 탄산나트륨 (Na 2CO 3)이 가수분해하여 생긴 소량의 OH - 의 영향으로 ph 8 정도의 약한 염기성 용액이 된다. 베이킹-파우더는 물과 반응하여 CO 2 거품이 일어나기 때문에 빵을 굽거나 물질을 부풀게 하는데 사용한다. 만일 베이킹-소다(NaHCO 3 )를 이용한다면 산의 성분을 추가로 넣어 주어야 CO 2 가 발생 하지만, 베이킹-파우더는 그 자체에 건조된 타르타르와 같은 산이 들어 있으므로 추가로 산을 넣 어 주지 않아도 물만 부으면 CO 2가 발생한다

219 Acid and base 실험19. 표백하기 둔촌고등학교 진광우 - 염기를 이용하여 표백이 잘되는 방법을 안다. - 암모니아, 표백제, 플라스틱 투명용기, 페놀프탈레인 용액, 점적병 - 암모니아와 표백제는 독성이 큰 물질이기 때문에 흡입하거나 피부에 닿으면 위험하므로 주의 해야 하고, 암모니아와 표백제는 섞이지 않도록 한다. 1. 두 개의 플라스틱 컵을 준비하여 각각 반 컵 정도 암모니아와 표백제를 넣는다. 2. 각각의 컵에 페놀프탈레인을 넣으면 암모니아는 붉은색으로 변하는데, 이곳에 표백제를 넣으면 붉은색은 사라지고 무색으로 용액으로 변하게 된다. 3. 실험 후, 암모니아와 표백제는 각각 많은 양의 수돗물과 함께 하수구에 버린다. 암모니아와 표백제는 염기성 물질이다. 두 용액은 모두 페놀프탈레인을 넣으면 붉은색으로 변한 다. 그러나 표백제는 암모니아와는 달리 섬유를 탈색시키는 화학반응이 일어나기 때문에 색깔이 있는 섬유에는 사용하지 않도록 한다

220 Acid and base 실험20. 머리카락 표백하기 둔촌고등학교 진광우 - 표백제로 머리카락을 표백할 때 일어나는 반응을 안다. - 표백제, 플라스틱 컵(4개), 머리카락(미용실에서 얻어온 것이 좋음), 유성매직 - 표백제는 독성이 큰 물질이므로 취급에 주의한다. 1. 플라스틱 컵(1)에는 표백제 원액을 절반쯤 되게 채운다. 2. 플라스틱 컵(2)에는 같은 양의 표백제와 물을 섞어서 절반쯤 되게 채운다. 3. 플라스틱 컵(3)에는 1/3만큼의 표백제와 물을 섞어서 절반쯤 되게 채운다. 4. 플라스틱 컵(4)에는 1/4만큼의 표백제와 물을 섞어서 절반쯤 되게 채운다. 5. 각각의 컵에 10개씩의 머리카락을 넣고, 컵의 입구를 para-film으로 막는다. 6. 한 시간 간격으로 하루 동안을 관찰하면서 그 결과 용액 속에서 일어나는 변화를 기록한다. 원액 표백제 1/3 표백제 1/2 표백제 1/4 표백제 플라스틱 컵(1)의 표백제 원액 속에는 들어 있는 머리카락은 24시간 내에 완전한 표백이 일어나지 만, 그 다음의 각 플라스틱 컵 속에 들어 있는 머리카락은 표백제의 농도에 따라 그 정도가 다르 게 나타난다. 머리카락은 그 자체가 산성이기 때문에 머리카락과 염기인 표백제와의 반응은 중화 반응이다. 표백제는 머리카락의 단백질의 결합을 약하게 하고, 결국에는 펩티드결합을 끊거나 용 해시켜 버린다. 머리 염색약도 표백제와 같은 현상을 나타내므로 머리 염색약의 라벨에는 그 성분 은 강한 염기이고, 표백제와 같은 성질이 있음을 알 수 있다

221 학생활동지 실험20. 머리카락 표백하기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 표백제로 머리카락을 표백할 때 일어나는 반응을 안다. - 표백제, 플라스틱 컵(4개), 머리카락(미용실에서 얻어온 것이 좋음), 유성매직 - 표백제는 독성이 큰 물질이므로 취급에 주의한다. 1. 플라스틱 컵(1)에는 표백제 원액을 절반쯤 되게 채운다. 2. 플라스틱 컵(2)에는 같은 양의 표백제와 물을 섞어서 절반쯤 되게 채운다. 3. 플라스틱 컵(3)에는 1/3만큼의 표백제와 물을 섞어서 절반쯤 되게 채운다. 4. 플라스틱 컵(4)에는 1/4만큼의 표백제와 물을 섞어서 절반쯤 되게 채운다. 5. 각각의 컵에 10개씩의 머리카락을 넣고, 컵의 입구를 para-film으로 막는다. 6. 한 시간 간격으로 하루 동안을 관찰하면서 그 결과 용액 속에서 일어나는 변화를 기록한다. 원액 표백제 1/3 표백제 1/2 표백제 1/4 표백제

222 1. 표백을 어떤 절차로 일어나는지 알아보자. 2. 표백은 어떤 반응으로 일어나는 현상이며, 표백제의 농도에 따라 표백이 일어나는 정도가 어 떻게 달라지는가? 플라스틱 컵(1)의 표백제 원액 속에는 들어 있는 머리카락은 24시간 내에 완전한 표백이 일어나 지만, 그 다음의 각 플라스틱 컵 속에 들어 있는 머리카락은 표백제의 농도에 따라 그 정도가 다 르게 나타난다. 머리카락은 그 자체가 산성이기 때문에 머리카락과 염기인 표백제와의 반응은 중 화반응이다. 표백제는 머리카락의 단백질의 결합을 약하게 하고, 결국에는 펩티드결합을 끊거나 용해시켜 버린다. 머리 염색약도 표백제와 같은 현상을 나타내므로 머리 염색약의 라벨에는 그 성 분은 강한 염기이고, 표백제와 같은 성질이 있음을 알 수 있다

223 Acid and base 실험21. 여러 가지 섬유 표백하기(1) 둔촌고등학교 진광우 - 여러 가지 섬유를 표백할 때 섬유의 종류에 따라 다르게 일어나는 현상을 알 수 있다. - 플라스틱 컵, 표백제, 다양한 색깔의 섬유(면섬유, 폴리에스테르, 모직, 실크 등) - 표백제는 독성이 큰 물질이므로 취급에 주의한다. 1. 각 컵에 같은 양의 표백제를 넣는다. 2. 같은 컵에는 같은 종류의 색을 가진 다른 종류의 섬유를 각각 넣는다. 3. 각 플라스틱 컵에서 일어나는 변화를 24시간 동안 방치한 후에 그 결과를 관찰한다. 표백제는 모직과 실크 제품과 같은 섬유는 완전히 용해시켜 버리지만, 면과 포리에스테르로 된 섬유는 용해되지는 않으나 표백작용은 일어난다. 모직이나 실크로 된 섬유는 산성 물질이므로 염 기인 표백제와 중화반응이 일어나기 때문에 섬유의 조직이 약화되고 결국에는 완전히 녹아 없어 지는 반응이 일어난다. 그러나 모직과 포리에스테르는 산이 아니므로 그와 같이 중화반응은 일어 나지 않으나, 오랫동안 용액에 담가 놓으면 섬유 조직의 색깔은 표백제와 반응하여 사라진다

224 학생활동지 실험21. 여러 가지 섬유 표백하기(1) 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 여러 가지 섬유를 표백할 때 섬유의 종류에 따라 다르게 일어나는 현상을 알 수 있다. - 플라스틱 컵, 표백제, 다양한 색깔의 섬유(면섬유, 폴리에스테르, 모직, 실크 등) - 표백제는 독성이 큰 물질이므로 취급에 주의한다. 1. 각 컵에 같은 양의 표백제를 넣는다. 2. 같은 컵에는 같은 종류의 색을 가진 다른 종류의 섬유를 각각 넣는다. 3. 각 플라스틱 컵에서 일어나는 변화를 24시간 동안 방치한 후에 그 결과를 관찰한다. 1. 표백제를 넣었을 때 완전히 용해되어 버리는 섬유에는 어떤 것들이 있으며, 그 까닭은 무엇인 가?

225 2. 면과 포리에스테르로 된 섬유는 표백작용이 잘 일어나며, 표백제를 오랫동안 담가 놓아도 녹 지 않는다. 그 까닭은 무엇인가? 표백제는 모직과 실크 제품과 같은 섬유는 완전히 용해시켜 버리지만, 면과 포리에스테르로 된 섬유는 용해되지는 않으나 표백작용은 일어난다. 모직이나 실크로 된 섬유는 산성 물질이므로 염 기인 표백제와 중화반응이 일어나기 때문에 섬유의 조직이 약화되고 결국에는 완전히 녹아 없어 지는 반응이 일어난다. 그러나 모직과 포리에스테르는 산이 아니므로 그와 같이 중화반응은 일어 나지 않으나, 오랫동안 용액에 담가 놓으면 섬유 조직의 색깔은 표백제와 반응하여 사라진다

226 Acid and base 실험22. 여러 가지 섬유의 표백(2) 둔촌고등학교 진광우 - 섬유가 표백제에 의해서 색깔이 사라지는 이유를 안다. 천조각 - 표백제 병, 여러 가지 색의 천 조각(붉은색, 푸른색, 노란색) - 표백제는 독성이 큰 물질이므로 취급에 주의한다. 표 백 제 1. 표백제 병을 열고 그 입구를 색깔이 있는 천 조각으로 덮는다. 2. 덮어진 천 조각 위에 병마개를 씌워서 밀봉한다. 3. 하루가 지난 후, 병 입구 위에 놓인 천 조각의 색깔을 관찰한다. 표백제는 염소(Cl 2)가 들어 있기 때문에 용액에서 염소 기체가 발생한다. 발생한 염소 증기는 천 조각에 닿으면 천에 있는 색깔은 염소와 반응하여 사라지게 된다. Cl 2 (g) + H 2 O HCl + HOCl(하이포아염소산) HOCl(하이포아염소산) HCl + O[표백작용]

227 Acid and base 실험23. 우유의 엉김 둔촌고등학교 진광우 - 우유에 식초를 넣을 때 우유에서 일어나는 엉김 현상을 이해한다. - 투명 플라스틱 컵, 우유, 식초 - 없음 우유 1. 투명 플라스틱 컵에 우유를 반쯤 채운다. 2. 우유가 들어 있는 컵에 반 컵 쯤의 식초를 넣는다. 3. 이 때, 우유의 엉김이 일어나는 현상을 관찰하기 위해서 천천히 넣는다. 식초는 산성 물질이기 때문에 우유 단백질을 엉기게 하는 성질, 이 작용이 단백질의 변성 작용이 있다. 오래된 우유가 시어지면서 엉김이 일어나는 것과 같은 원리이다. 우유가 시어지는 원리는 우유 속에 들어 있는 당인 락토스가 락트산으로 변하기 때문이고, 이 락트산은 우유를 엉기게 하 는 것이다

228 학생활동지 실험23. 우유의 엉김 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 우유에 식초를 넣을 때 우유에서 일어나는 엉김 현상을 이해한다. - 투명 플라스틱 컵, 우유, 식초 1. 투명 플라스틱 컵에 우유를 반쯤 채운다. 2. 우유가 들어 있는 컵에 반 컵 쯤의 식초를 넣는다. 3. 이 때, 우유의 엉김이 일어나는 현상을 관찰하기 위해서 천천히 넣는다. 우유 1. 우유에 식초를 넣으면 엉김 현상이 일어난다. 그 까닭은 무엇인가? 2. 우유를 오랫동안 두었을 때 시어지는 현상이 생기는 데 그 까닭은 무엇인가? 식초는 산성 물질이기 때문에 우유 단백질을 엉기게 하는 성질, 이 작용이 단백질의 변성 작용이 있다. 오래된 우유가 시어지면서 엉김이 일어나는 것과 같은 원리이다. 우유가 시어지는 원리는 우유 속에 들어 있는 당인 락토스가 락트산으로 변하기 때문이고, 이 락트산은 우유를 엉기게 하 는 것이다

229 Acid and base 실험24. 양배추 지시약 둔촌고등학교 진광우 - 붉은색의 양배추 즙에 이산화탄소를 넣었을 때 용액 속에서 일어나는 색깔의 변화로 양배추를 지시약으로 쓸 수 있음을 안다. - 붉은색의 양배추 즙, 투명 플라스틱 컵, 우유 병, 전기 드릴, 베이킹 소다, 식초, 투명 고무관 - 전기 드릴을 주의하여 사용할 것 붉은 양배추 즙 식초와 베이킹 소다 1. 플라스틱 튜브의 직경을 측정하여 우유병 입구의 직경에 꼭 끼이도록 드릴 작업을 한다. 2. 튜브 한 쪽 끝은 우유병의 입구에 넣고, 튜브의 다른 끝은 붉은 색 양배추 즙이 들어 있는 컵에 넣는다. 3. 우유병 속에 베이킹 소다(Baking soda) 몇 스푼을 넣는다. 4. 식초 반 컵 정도를 부어 넣고, 바로 마개를 닫는다. 마개를 통해서 나오는 이산화탄소를 붉은 양배추 즙이 들어있는 컵에 통과시키면 용액의 색이 보라색에서 붉은색으로 변한다. 지시약이란 용액이 산성인지 염기성인지를 구별하는 약품이다. 자연에는 이와 같은 물질이 많이 있는데 지중해지방의 늪지에서 많이 나는 식물인 리트머스, 다알리아 꽃잎을 같은 목적으로 이용 할 수 있다. 수국의 꽃잎은 토양의 액성에 따라 그 색깔이 다르게 나타나기도 한다. 또 물에 이산 화탄소의 반응으로 탄산이 만들어지는데 양배추 즙은 탄산의 작용으로 보라색에서 붉은색으로 변 하게 되는 것이다. 산에 지시약을 넣었을 때와 염기에 지시약을 넣었을 때 나타나는 색깔의 변화는 평형이동 현상 때문이다. HIn + H 2O H 3O + + In

230 학생활동지 실험24. 양배추 지시약 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 붉은색의 양배추 즙에 이산화탄소를 넣었을 때 용액 속에서 일어나는 색깔의 변화로 양배추를 지시약으로 쓸 수 있음을 안다. - 붉은색의 양배추 즙, 투명 플라스틱 컵, 우유 병, 전기 드릴, 베이킹 소다, 식초, 투명 고무관 - 전기 드릴을 주의하여 사용할 것 붉은 양배추 즙 식초와 베이킹 소다 1. 플라스틱 튜브의 직경을 측정하여 우유병 입구의 직경에 꼭 끼이도록 드릴 작업을 한다. 2. 튜브 한 쪽 끝은 우유병의 입구에 넣고, 튜브의 다른 끝은 붉은 색 양배추 즙이 들어 있는 컵에 넣는다. 3. 우유병 속에 베이킹 소다(Baking soda) 몇 스푼을 넣는다. 4. 식초 반 컵 정도를 부어 넣고, 바로 마개를 닫는다. 마개를 통해서 나오는 이산화탄소를 붉은 양배추 즙이 들어있는 컵에 통과시키면 용액의 색이 보라색에서 붉은색으로 변한다. 1. 지시약이란 무엇이며, 자연에서 얻을 수 있는 지시약에는 어떤 것들이 있는가?

231 2. 산과 염기에 지시약을 넣었을 때 색깔이 다르게 나타나는 현상을 설명하시오. 지시약이란 용액이 산성인지 염기성인지를 구별하는 약품이다. 자연에는 이와 같은 물질이 많이 있는데 지중해지방의 늪지에서 많이 나는 식물인 리트머스, 다알리아 꽃잎을 같은 목적으로 이용 할 수 있다. 수국의 꽃잎은 토양의 액성에 따라 그 색깔이 다르게 나타나기도 한다. 또 물에 이산 화탄소의 반응으로 탄산이 만들어지는데 양배추 즙은 탄산의 작용으로 보라색에서 붉은색으로 변 하게 되는 것이다. 산에 지시약을 넣었을 때와 염기에 지시약을 넣었을 때 나타나는 색깔의 변화는 평형이동 현상 때문이다. HIn + H 2 O H 3 O + + In

232 Acid and base 실험25. 탄산칼슘의 열분해 둔촌고등학교 진광우 - 탄산칼슘을 가루로 만들어 가열하면 산화칼슘이 되고, 물을 가하면 수산화칼슘이 만들어지는 것을 알 수 있다. - 대리석 조각(조개껍질이나 사용한 분필 조각 등), 가스 토치, 페놀프탈레인 용액, 작은 플라스틱 컵 - 없음 페놀프탈레인 1. 두 개의 작은 컵에 약 30g 정도의 페놀프탈레인 가루를 놓는다. 2. 페놀프탈레인이 들어 있는 컵 하나에는 대리석 조각을 넣는다.(이 때 반응이 일어나지 않아야 한다.) 3. 페놀프탈레인이 들어 있는 다른 컵에는 센 불꽃에 5~10분 동안 달구어진 대리석 조각을 넣는다. 4. 두 개의 컵을 각각 비교하여 관찰한다. 만일 반응이 두 개 다 아무런 변화가 없으면 대리석을 다시 가열하여 관찰한다. 대리석 조각이나, 조개껍질, 백묵 등에는 탄산칼슘의 성분이 들어있다. 이들 물질은 중성이므로 염 기성에서와는 다르게 페놀프탈레인과 아무런 반응이 일어나지 않는다. 그러나 가열하면 탄산칼슘이 산화칼슘으로 변하게 되고, 이 물질은 물과의 반응하면 염기성물질인 수산화칼슘이 된다. 이런 이유로 불에 달구어진 대리석은 페놀프탈레인에 의해서 붉은색으로 변하 게 된다. CaCO3 CaO + CO2 CaO + H2O Ca(OH)

233 학생활동지 실험25. 탄산칼슘의 열분해 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 탄산칼슘을 가루로 만들어 가열하면 산화칼슘이 되고, 물을 가하면 수산화칼슘이 만들어지는 것을 알 수 있다. - 대리석 조각(조개껍질이나 사용한 분필 조각 등), 가스 토치, 페놀프탈레인 용액, 작은 플라스틱 컵 - 없음 페놀프탈레 인 1. 두 개의 작은 컵에 약 30g 정도의 페놀프탈레인 가루를 놓는다. 2. 페놀프탈레인이 들어 있는 컵 하나에는 대리석 조각을 넣는다.(이 때 반응이 일어나지 않아야 한다.) 3. 페놀프탈레인이 들어 있는 다른 컵에는 센 불꽃에 5~10분 동안 달구어진 대리석 조각을 넣는 다. 4. 두 개의 컵을 각각 비교하여 관찰한다. 만일 반응이 두 개 다 아무런 변화가 없으면 대리석을 다시 가열하여 관찰한다. 1. 탄산칼슘이 들어 있는 우리 주변에 있는 물질들을 찾아보자

234 2. 석회석을 열분해하여 얻은 물질을 산성화된 토양에 뿌린다. 그 까닭은 무엇인가? 대리석 조각이나, 조개껍질, 백묵 등에는 탄산칼슘의 성분이 들어있다. 이들 물질은 중성이므로 염기성에서와는 다르게 페놀프탈레인과 아무런 반응이 일어나지 않는다. 그러나 가열하면 탄산칼슘이 산화칼슘으로 변하게 되고, 이 물질은 물과의 반응하면 염기성물질인 수산화칼슘이 된다. 이런 이유로 불에 달구어진 대리석은 페놀프탈레인에 의해서 붉은색으로 변하 게 된다. CaCO3 CaO + CO2 CaO + H2O Ca(OH)2 또, 석회석을 열분해하여 얻은 물질, 산화칼슘(CaO)는 물과 반응하면 염기성물질인 수산화칼슘이 되기 때문에 산성화된 토양에 뿌리면 중화반응이 일어나서 식물이 잘 자라도록 한다

235 Acid and base 실험26. 마커(marker) 색깔 변화 둔촌고등학교 진광우 - 마커(marker)의 색깔 변화가 생기는 현상을 염기의 반응으로 이해한다. - 색깔이 변하는 마커, 도화지, 암모니아, 점적병, ph 페이퍼 - 암모니아 기체는 독성이 있으므로 흡입하지 않도록 한다. 1. 하얀 종이 위에 6개의 마커로 6개의 선을 굵게 그린다. 2. 6개의 선이 모두 다른 색으로 나타나게 그린다. 3. 6개의 각각의 선에 점적병으로 암모니아를 한 방울씩 떨어뜨린다. 4. 암모니아가 묻은 곳에서는 색깔의 변화가 일어난다. 5. 색깔의 변화가 일어나는 곳을 ph종이로 확인하여 보면, ph가 11에서 12 정도에서 일어난다. 마커의 색깔 변화는 ph가 높은 염기성에서 일어난다. 마커는 알칼리성 지시약의 성분을 가지고 있기 때문에 염기성에서 색깔의 변화가 일어난다. 그러므로 ph가 비슷한 암모니아는 마커와 같은 원리로 색깔의 변화가 일어난다

236 학생활동지 실험26. 마커(marker) 색깔 변화 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 마커(marker)의 색깔 변화가 생기는 현상을 염기의 반응으로 이해한다. - 색깔이 변하는 마커, 도화지, 암모니아, 점적병, ph 페이퍼 - 암모니아 기체는 독성이 있으므로 흡입하지 않도록 한다. 1. 하얀 종이 위에 6개의 마커로 6개의 선을 굵게 그린다. 2. 6개의 선이 모두 다른 색으로 나타나게 그린다. 3. 6개의 각각의 선에 점적병으로 암모니아를 한 방울씩 떨어뜨린다. 4. 암모니아가 묻은 곳에서는 색깔의 변화가 일어난다. 5. 색깔의 변화가 일어나는 곳을 ph종이로 확인하여 보면, ph가 11에서 12 정도에서 일어난다. 1. 우리 주변에 흔히 있는 물질 중에 ph가 7보다 작은 산성 용액과 ph가 7보다 큰 염기성 용액 의 예를 들어보시오

237 2. 마커는 어떤 지시약의 성분을 가지고 있으며, 어떤 작용을 하는가? 마커의 색깔 변화는 ph가 높은 염기성에서 일어난다. 마커는 알칼리성 지시약의 성분을 가지고 있기 때문에 염기성에서 색깔의 변화가 일어난다. 그러므로 ph가 비슷한 암모니아는 마커와 같은 원리로 색깔의 변화가 일어난다

238 MIXTURES 실험1. 균일 혼합물 만들기 화계중학교 박준영 설탕과 물로 균일혼합물을 만들 수 있다. 뚜껑이 있는 유리병, 설탕, 물 물에 넣어준 설탕이 녹지 않고 바닥에 남는 것이 없도록 설탕의 양을 조절한다. 1. 물이 2/3 정도 채워진 유리병에 여러 스푼의 설 탕을 넣고 설탕이 모두 녹을 때까지 저어준 다음 병 안에서 일어나는 변화를 관찰하라. 2. 병에 뚜껑을 닫고 가만히 놓아둔다, 1주일 동안 두면서 변화가 있는지를 관찰한다. (1) 설탕물 (1) 투명한 설탕물 설탕은 물속에서 작은 크기의 분자로 나누어지는데 이 변화를 용해라고 한다. 설탕 분자들은 눈으로 볼 수 없을 정도로 너무 작기 때문에 용액 속의 설탕 분자들은 찾아내기 어렵다. 이런 혼합물을 균일 혼합물 또는 용액이라고 한다. 균일 혼합물은 용질의 입자들이 전체에 골고루 퍼져 있는 용액을 말하며, 층을 이루지 않고, 설탕이 바닥에 가라앉지 않는다. 1주일 후에도 용액에 가라앉은 설탕이 없다. 설탕 분자들이 매우 작고 용액 전체에 골고루 퍼져 있기 때문이다. 균일 혼합물이나 용액은 가라앉는 물질이 없고, 투명하며, 깨끗한 특징이 있다

239 학생활동지 실험1. 균일 혼합물 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 설탕과 물로 균일혼합물을 만들 수 있다. 뚜껑이 있는 유리병, 설탕, 물 물에 넣어준 설탕이 녹지 않고 바닥에 남는 것이 없도록 설탕의 양을 조절한다. 1. 물이 2/3 정도 채워진 유리병에 여러 스 푼의 설탕을 넣고 설탕이 모두 녹을 때까지 저어준 다음, 병 안에서 일어나는 변화를 관 찰하시오. 2. 병에 뚜껑을 닫고 가만히 놓아둔다, 1주 일 동안 두면서 어떤 변화가 있는지를 관찰 하여 기록하시오. (1) 설탕물 (2) 투명한 설탕물

240 1. 설탕이 물속에 모두 녹은 후 설탕 입자가 보이지 않는 원인이 무엇일까? 설탕 입자는 어떻게 되었는지를 간단히 서술하시오. 설탕은 물속에서 작은 크기의 분자로 나누어지는데 이 변화를 용해라고 한다. 설탕 분자들은 눈으로 볼 수 없을 정도로 너무 작기 때문에 용액 속의 설탕 분자들은 찾아내기 어렵다. 이런 혼합물을 균일 혼합물 또는 용액이라고 한다. 균일 혼합물은 용질의 입자들이 전체에 골고루 퍼져 있는 용액을 말하며, 층을 이루지 않고, 설탕이 바닥에 가라앉지 않는다. 1주일 후에도 용액에 가라앉은 설탕이 없다. 설탕 분자들이 매우 작고 용액 전체에 골고루 퍼져 있기 때문이다. 균일 혼합물이나 용액은 가라앉는 물질이 없고, 투명하며, 깨끗한 특징이 있다

241 MIXTURES 실험2. 불균일 혼합물 만들기 화계중학교 박준영 모래와 물로 불균일 혼합물을 만들 수 있다. 뚜껑이 있는 유리병, 모래, 물 1. 물이 채워진 유리병에 여러 스푼의 모래를 넣는다. 2. 병을 흔들어서 섞어 준 다음, 병 속의 변화를 관찰한다. 모래와 물은 서로 섞이지 않고 불균일 혼합물을 형성하거나 현탁액이 된다. 불균일 혼합물은 혼합 성분 물질이 전체에 골고루 퍼져 있지 않거나, 층을 이루는 혼합물을 말 한다. 모래 입자들은 유리병을 흔들 때는 현탁액을 이루지만 병을 세워두면 중력에 의해 가라앉아 물과 분리되는 것이다. 모래 (1) (2) 바닥에 가라앉은 모래

242 학생활동지 실험2. 불균일 혼합물 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 모래와 물로 불균일 혼합물을 만들 수 있다. 뚜껑이 있는 유리병, 모래, 물 1. 물이 채워진 유리병에 여러 스푼의 모래를 넣는다. 2. 병을 흔들어서 섞어 준 다음, 병 속의 변화를 관찰한다. 병 속의 물과 모래는 어떻게 되었는지 를 쓰시오. 모래가 물과 층을 이루는 이유가 무엇일까? 그 이유 두 가지를 쓰시오

243 모래 (1) (2) 바닥에 가라앉은 모래 모래와 물은 서로 섞이지 않고 불균일 혼합물을 형성하거나 현탁액이 된다. 불균일 혼합물은 혼합 성분 물질이 전체에 골고루 퍼져 있지 않거나, 층을 이루는 혼합물을 한다. 모래 입자들은 유리병을 흔들 때는 현탁액을 이루지만 병을 세워두면 중력에 의해 가라 앉아 물과 분리되는 것이다

244 MIXTURES 실험3. 콜로이드 만들기 화계중학교 박준영 진흙과 물로 콜로이드 혼탁액을 만들 수 있다. 진흙 (1) (2) 뚜껑이 있는 유리병, 점토 진흙, 물 혼탁한 상태 1. 운동장이나 공사장에서 점토 진흙을 구하라. 점토진흙은 표토 아래에 있으며, 축축하고, 리본처 럼 말을 수 있는 흙이다. (점토 공예에 쓰는 것을 구입해도 됨) 2. 점토를 물이 들어 있는 병에 넣고 잘 흔들어서 섞어 준다. 3. 흔들리지 않는 곳에 놓고, 1주일간 병 속의 변화를 관찰한다. 1주일 후에 점토의 많은 입자들이 바닥에 가라앉아 있을 것이다. 그러나 많은 입자들이 물속에 퍼져 있어 구름이 낀 것처럼 보일 것이다. 이 작은 입자들은 물에 녹아 있는 것도 아니고 물과 분리된 것도 아닌, 불명확한 상태에 있으 나, 그 입자를 뚜렷하게 눈으로 볼 수 있는 것도 아니다. 이 혼합물은 분자보다는 큰 입자이지만 분리되지 않는 작은 입자들로 이루어져 있는데, 이것을 콜로이드 또는 영구 혼탁액이라고 한다. 콜로이드의 입자들은 주변에서 끊임없이 움직이며 충돌하는 물 분자들에 의해 혼합되어 잇는 상태를 유지한다. 콜로이드는 흐려 보이는 것과 일반적인 상황에서 층을 이루지 않는 특징이 있어 구별이 쉽다. (예) 콜로이드 : 우유와 젤리, 혈액 등

245 학생활동지 실험3. 콜로이드 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 진흙과 물로 콜로이드 혼탁액을 만들 수 있다. 진흙 (1) (2) 뚜껑이 있는 유리병, 점토 진흙, 물 혼탁한 상태 1. 운동장이나 공사장에서 점토 진흙을 구하라. 점토 진흙은 표토 아래에 있으며, 축축하고, 리본처럼 말을 수 있는 흙이다. (점토 공예에 쓰는 것을 사 용해도 됨) 2. 점토를 물이 들어 있는 병에 넣고 잘 흔들어서 섞어 준다. 3. 흔들리지 않는 곳에 놓고, 1주일간 병 속의 변화를 관찰한다. 4. 점토의 입자가 물속에 어떤 상태로 존재하는지를 자세히 서술하시오. 점토 입자가 모래 입자와는 달리 물과 층을 이루지 않는 이유가 무엇일까? 그 이유를 간단히 쓰시오. 1주일 후에 점토의 많은 입자들이 바닥에 가라앉아 있을 것이다. 그러나 많은 입자들이 물속에 퍼져 있어 구름이 낀 것처럼 보일 것이다. 이 작은 입자들은 물에 녹아 있는 것도 아니고 물과 분 리된 것도 아닌, 불명확한 상태에 있으나, 그 입자를 뚜렷하게 눈으로 볼 수 있는 것도 아니다. 이 혼합물은 분자보다는 큰 입자이지만 분리되지 않는 작은 입자들로 이루어져 있는데, 이것을 콜 로이드 또는 영구 혼탁액이라고 한다. 콜로이드의 입자들은 주변에서 끊임없이 움직이며 충돌하는 물 분자들에 의해 혼합되어 잇는 상태를 유지한다. 콜로이드는 흐려 보이는 것과 일반적인 상황에 서 층을 이루지 않는 특징이 있어 구별이 쉽다. (예) 콜로이드 : 우유와 젤리, 혈액 등

246 MIXTURES 실험4. 물과 기름은 왜 섞이지 않는가? 화계중학교 박준영 물과 기름이 왜 서로 섞이지 않는지를 알 수 있다. 뚜껑이 있는 유리병, 식물성 기름, 식용 색소, 물 기름 1. 유리병에 약 500mL의 물을 넣고 식용 색소를 약간 넣는다 mL의 식물성 기름을 물이 들어 있는 유리병에 넣는다. 3. 유리병을 힘껏 흔들어서 섞은 다음 테이블 위에 놓 고 변화를 관찰하라. 물 물은 유리병 바닥 쪽으로 가라앉고 기름은 떠오르는데, 기름의 밀도가 작기 때문에 위층에 모 여서 층을 이루게 된다. 국물이 있는 음식에 참기름이나 들기름을 넣을 때, 기름이 떠오르는 것이 그 좋은 예이다. 기름이 물과 두 층을 이루기 때문이다. 물은 극성 물질이고 기름은 비극성 물질이기 때문에 두 물질은 서로 섞이지 않는다. 극성 물질 의 분자들은 양전하를 띤 부분과 음전하를 띤 부분이 있다. 비극성 물질은 기본적으로 중성이기 때문에 물 분자들은 다른 분자들을 끌어당기지만 기름 분 자들은 다른 분자를 끌어당기지 못한다. 서로 좋아하는 것끼리 녹인다. 는 원리는 극성 물질이 또 다른 극성 물질을 녹인다는 것을 의 미한다. 그러나 극성 물질은 비극성 물질에 녹지 않는다. 기름과 같은 비극성 물질은 다른 비극성 물질에 녹는 경향이 있다

247 학생활동지 실험4. 물과 기름은 왜 섞이지 않는가? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 물과 기름이 왜 서로 섞이지 않는지를 알 수 있다. 뚜껑이 있는 유리병, 식물성 기름, 식용 색소, 물 기름 물 1. 유리병에 약 500mL의 물을 넣고 식용 색소를 약간 넣는다 mL의 식물성 기름을 물이 들어 있는 유리병에 넣는다. 3. 유리병을 힘껏 흔들어서 섞은 다음 테이블 위에 놓고 변화를 관찰하라. 식물성 기름은 물과 어 떤 형태를 이루는가? 기름이 물과 섞이지 않는 이유가 무엇일까? 또 기름이 물 위에 모이는 원인이 무엇인지 토의 하여 쓰시오. 물은 유리병 바닥 쪽으로 가라앉고 기름은 떠오르는데, 기름의 밀도가 작기 때문에 위층에 모 여서 층을 이루게 된다. 국물이 있는 음식에 참기름이나 들기름을 넣을 때, 기름이 떠오르는 것이 그 좋은 예이다. 기름이 물과 두 층을 이루기 때문이다. 물은 극성 물질이고 기름은 비극성 물질이기 때문에 두 물질은 서로 섞이지 않는다. 극성 물질 의 분자들은 양전하를 띤 부분과 음전하를 띤 부분이 있다. 비극성 물질은 기본적으로 중성이기 때문에 물 분자들은 다른 분자들을 끌어당기지만 기름 분 자들은 다른 분자를 끌어당기지 못한다. 서로 좋아하는 것끼리 녹인다 는 원리는 극성 물질이 또 다른 극성 물질을 녹인다는 것을 의미한다. 그러나 극성 물질은 비극성 물질에 녹지 않는다. 기름과 같은 비극성 물질은 다른 비극성 물질에 녹는 경향이 있다

248 MIXTURES 실험5. 소금은 물에 녹는가? 화계중학교 박준영 소금이 물에 녹는지 녹지 않는지를 알아낸다. 유리병, 암염( 岩 鹽 ), 식탁용 소금 1. 물이 2/3 정도 채워진 유리병에 여 러 스푼의 암염을 넣고 암염이 모두 녹을 때까지 잘 저어준 다음, 병 안에서 일어나는 변화를 관찰하라. 식탁용 소금을 녹여 흐려진 물 암염을 녹인 투명한 소금물 2. 물이 들어 있는 병에 여러 스푼의 식탁용 소금을 넣고 소금이 모두 녹을 때까지 잘 저어준 다음, 병 안의 물속에서 일어나는 변화를 관찰하라. 1. 순수한 염화나트륨이 물에 잘 녹기 때문에 암염이 녹은 용액은 투명하게 보인다. 염화나트륨은 양전하는 띤 나트륨이온과 음전하를 띤 염화이온으로 이루어졌는데, 극성 물 분자가 당기는 힘에 의해 각 이온이 서로 떨어져서 양이온과 음이온으로 나누어지게 된다. 2. 한편 식탁용 소금은 색깔이 있는 혼합물로 이루어져 있다. 이 혼합물의 색깔은 염화나트륨에 의해 나타나는 것이 아니라 소금에 첨가한 다른 물질들에 의해 나타난다. 식탁용 소금에 첨가된 물질의 목록을 보면 원료 중의 하나는 알루미늄의 규산염일 것이다. 이 물질은 물에 녹지 않는 화 합물이며, 콜로이드를 형성하기도 한다. 3. 알루미늄의 규산염은 식탁용 소금에 세균 덩어리가 생기는 것을 방지하고 조미료 용기 안에서 엉기지 않고 잘 흐를 수 있도록 하기 위해서 첨가하는 물질이다. 4. 세균 덩어리에 존재하는 암염에는 알루미늄의 규산염들이 포함하고 있지 않다

249 MIXTURES 실험6. 성질이 같은 것끼리 녹는다. 화계중학교 박준영 2개의 물질이 균일 혼합물을 만드는 경우와 만들지 않는 경우를 발견한다. 유리병, 등유, 페인트 시너, 물 등유와 페인트 시너는 불이 잘 붙는 물질이므로 불꽃에서 멀리 두어야 한다. 냄새를 맡지 않도록 하고, 환기가 잘 되는 곳이나 바깥에서 사용해야 한다. 두 물질을 먹으면 생명이 위험해진다. 1. 물이 반 쯤 채워진 유리병 안에 등유를 약간 가한 후 변화를 관찰하라. 2. 물이 반 쯤 채워진 유리병 안에 페인트 시너를 약간 가한 후 변화를 관찰하라. 3. 1온스의 페인트 시너에 1온스의 등유를 넣고 변화를 관찰하시오. (1온스 29.57mL) 등유 물 페인트 시너 물 등유와 페인트 시너 등유와 페인트 시너는 모두 비극성 물질이므로 극성 물질인 물에 녹지 않는다. 두 물질은 불균일 혼합물을 형성하고, 층을 이룬다. 하지만 등유와 페인트 시너는 서로 같은 비극성 물질이므로 잘 섞인다

250 학생활동지 실험6. 성질이 같은 것끼리 녹는다. 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 2개의 물질이 균일 혼합물을 만드는 경우와 만들지 않는 경우를 발견한다. 유리병, 등유, 페인트 시너, 물 등유와 페인트 시너는 불이 잘 붙는 물질이므로 불꽃에서 멀리 두어야 한다. 냄새를 맡지 않도록 하고, 환기가 잘 되는 곳이나 바깥에서 사용해야 한다. 두 물질을 먹으면 생명이 위험해진다. 1. 물이 반 쯤 채워진 유리병 안에 등유를 약간 가한 후 변화를 관찰하라. 등유와 물은 어떤 상태로 존재하는가? 2. 물이 반 쯤 채워진 유리병 안에 페인트 시너를 약간 가한 후 변화를 관찰하라. 시너와 물은 어떤 상태로 존재하는가? 3. 1온스의 페인트 시너에 1온스의 등유를 넣고 변화를 관찰하고, 그 특징을 쓰시오. (1온스 29.57mL)

251 등유와 시너는 물에 섞이지 않으나, 등유와 시너는 서로 잘 섞이는 이유가 무엇인지 토의하여 쓰시오. 등유와 페인트 시너는 모두 비극성 물질이므로 극성 물질인 물에 녹지 않는다. 두 물질은 불균일 혼합물을 형성하고, 층을 이룬다. 하지만 등유와 페인트 시너는 서로 같은 비극성 물질이므로 잘 섞인다. 등유 물 등유와 페인트 시너 페인트 시너 물

252 MIXTURES 실험7. 얼룩을 화학적으로 제거하는 방법 화계중학교 박준영 어떤 물질이 얼룩을 가장 효과적인지를 알아낸다. 흰색 광목, 자동차 폐유, 테레빈(송진), 페인트 시너, 등유, 경유, 알코올, 과산화수소, 여러 가지 세 재, 점안기, 깨끗한 플라스틱 컵 준비물의 여러 가지 용매들은 대부분 불이 잘 붙는 물질이고, 해로운 기체를 내뿜는 물질이며 마셨을 때는 생명에 해가 되는 물질이다. 불꽃에서 멀리 두고, 기체를 마시지 않게 주의해야 한다. 이 실험은 환기나 배출 장치가 잘된 곳에서 실시해야 한다. 페인트 시너 등유 라이터 연료 알코올 과산화수소 폐유를 묻힌 광목 1. 준비물에 있는 용매들이 극성인지 비극성인지를 알아보려면 물이 들어있는 컵에 몇 방울씩 떨어뜨려 보면 되는데, 용매가 물에 녹으면 극성이고, 물에 녹지 않으면 비극성 물질이다. 2. 자동차 폐유를 흰색 옷감 조각에 떨어뜨린다. 3. 준비물의 용매들을 기름얼룩에 충분하게 떨어뜨린 다음, 헝겊으로 북북 문질러 보고, 반으로 접 어서도 문질러 보아라. 물로 헹구고 난 후 각각 건조시켜 보아라. 4. 같은 조건이 되도록 물로만 헹구어야 한다. 5. 각 헝겊에 남아 있는 얼룩을 관찰하고, 어떤 결론을 내릴 수 있는지 토의해 보자

253 자동차 기름은 물과 섞이지 않으므로 비극성 물질이다. 비극성 물질들은 얼룩을 제거하는데 매 우 효과적인데, 그 원인은 비극성 기름이 비극성 용매에 잘 녹기 때문이다. 심지어 몇몇 라이터 연료들이 타르나 수지들을 제거하는 용매로 상품화되어 팔리고 있다

254 학생활동지 실험7. 얼룩을 화학적으로 제거하는 방법 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 어떤 물질이 얼룩을 가장 효과적인지를 알아낸다. 흰색 광목, 자동차 폐유, 테레빈(송진), 페인트 시너, 등유, 경유, 알코올, 과산화수소, 여러 가지 세 재, 점안기, 깨끗한 플라스틱 컵 준비물의 대부분이 불이 잘 붙는 물질이고, 해로운 기체를 내뿜는 물질이며 마셨을 때는 생명 에 해가 되는 물질이다. 불꽃에서 멀리 두고, 기체를 마시지 않게 주의해야 한다. 이 실험은 환기나 배출 장치가 잘된 곳에서 실시해야 한다. 페인트 시너 등유 라이터 연료 알코올 과산화수소 폐유를 묻힌 광목 1. 준비물에 있는 용매들이 극성인지 비극성인지를 알아보려면 물이 들어있는 컵에 몇 방울씩 떨어뜨렸을 때, 물에 녹으면 극성이고, 물에 녹지 않으면 비극성 물질이다. 극성 물질과 비극 성 물질로 구분하여 쓰시오. 2. 자동차 폐유를 흰색 옷감 조각에 떨어뜨린다. 페인트 시너, 등유, 경유, 알코올, 과산화수소, 여러 가지 세재를 기름얼룩에 충분하게 떨어뜨리고 헝겊으로 북북 문질러 보고, 반으로 접어

255 서도 문질러 보아라. 물로 헹구고 난 후 각각 건조시켜 보아라. 3. 위의 실험 2에서 폐유가 녹아나오는 용매는 무엇인가? 그 이름을 모두 쓰시오. 4. 송진을 헝겊에 묻힌 후 실험 2와 같은 방법으로 용매를 가할 때, 송진을 녹이는 용매를 찾 으시오. 5. 각 헝겊에 남아 있는 얼룩을 관찰하고, 어떤 결론을 내릴 수 있는지 토의해서 쓰시오. * 자동차 폐유와 송진을 녹이는 용매와 녹이지 않는 용매는 어떤 차이점이 있는지 설명하시오. 자동차 기름은 물과 섞이지 않으므로 비극성 물질이다. 비극성 물질들은 얼룩을 제거하는데 매우 효과적인데, 그 원인은 비극성 기름이 비극성 용매에 잘 녹기 때문이다. 심지어 몇몇 라이터 연료들이 타르나 수지들을 제거하는 용매로 상품화되어 팔리고 있다

256 MIXTURES 실험8. 셀러리 줄기로 확산하는 물 화계중학교 박준영 셀러리 줄기를 사용하여 물의 확산 과정을 실현해 본다. 셀러리, 투명한 유리컵, 식용 색소, 물 셀러리 1. 물을 채운 유리컵에 식용 색소를 몇 방울 떨어뜨린다. 2. 유리컵 안에 셀러리 줄기를 세워 둔다. 3. 1주일 동안 매일 셀러리 줄기의 변화를 관찰한다. 식용 색소를 녹인 물 1. 물은 물 농도가(물의 집중도) 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동할 것이다. 셀러리 줄기 안에는 물 농도가 유리컵에 들어 있는 물 농도보다 낮기 때문에 유리컵의 물이 셀러리 줄기로 이동할 것이 다. 이와 같은 예상은 셀러리 줄기의 꼭대기에 유리컵에 들어 있는 물의 색깔이 나타나는 것으로 확인할 수 있다. 2. 확산과 삼투 확산이란 물에 설탕을 넣으면 설탕은 점차 물속으로 균일하게 퍼지는 것과 같이 어떤 물질 이 다른 물질로 섞여 들어가는 현상을 말한다. 확산 현상은 기체 끼리, 기체와 고체, 액체와 고체 등의 사이에서 일어나는데, 확산이 저절로 일어나는 현상은 물질 분자가 끊임없이 운동 하고 있기 때문이다. 삼투는 반투막을 통해서 용매분자들이 이동하는 것을 포함하는 특별한 확산 현상을 말한다. 확산과 삼투는 농도의 평형을 이루려는 성질은 같지만, 삼투는 반투막을 통한 용매의 이동이 라는 점에서 확산과 다르다. 물 분자는 막을 자유로이 투과할 수 있으나 용질은 자유로이 통 과하지 못하므로 순수한 물 분자의 이동은 평형을 이루기 위해 용질의 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 일어나게 된다.(또는 물 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다로 표현해도 됨) 반투막 의 대표적인 예로는 세포막이 있다. 여기서의 농도란 용매에 용해되어 있는 이온이나 분자의 농도 를 말한다

257 학생활동지 실험8. 셀러리 줄기로 확산하는 물 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 셀러리 줄기를 사용하여 물이 확산되는 과정을 안다. 셀러리, 투명한 유리컵, 식용 색소, 물 셀러리 1. 물을 채운 유리컵에 식용 색소를 몇 방울 떨어뜨린다. 식용 색소를 녹인 물 2. 유리컵 안에 셀러리 줄기를 세워 둔다. 3. 1주일 동안 매일 셀러리 줄기의 변화를 관찰한다. 줄기에서 어떤 변화가 발생하는지 서술하시 오. 셀러리 줄기 끝에 컵에 담긴 물의 색소가 나타나는 원인이 무엇인지 토의하고, 그 원인을 간 단히 서술하시오

258 1. 물은 물 농도가(물의 집중도) 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동할 것이다. 셀러리 줄기 안에는 물 농도가 유리컵에 들어 있는 물 농도보다 낮기 때문에 유리컵의 물이 셀러리 줄기로 이동할 것이 다. 이와 같은 예상은 셀러리 줄기의 꼭대기에 유리컵에 들어 있는 물의 색깔이 나타나는 것으로 확인할 수 있다. 2. 확산과 삼투 확산이란 물에 설탕을 넣으면 설탕은 점차 물속으로 균일하게 퍼지는 것과 같이 어떤 물질 이 다른 물질로 섞여 들어가는 현상을 말한다. 확산 현상은 기체 끼리, 기체와 고체, 액체와 고체 등의 사이에서 일어나는데, 확산이 저절로 일어나는 현상은 물질 분자가 끊임없이 운동 하고 있기 때문이다. 삼투는 반투막을 통해서 용매분자들이 이동하는 것을 포함하는 특별한 확산 현상을 말한다. 확산과 삼투는 농도의 평형을 이루려는 성질은 같지만, 삼투는 반투막을 통한 용매의 이동이 라는 점에서 확산과 다르다. 물 분자는 막을 자유로이 투과할 수 있으나 용질은 자유로이 통과하 지 못하므로 순수한 물 분자의 이동은 평형을 이루기 위해 용질의 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으 로 일어나게 된다.(또는 물 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다로 표현해도 됨) 반투막의 대표적인 예로는 세포막이 있다. 여기서의 농도란 용매에 용해되어 있는 이온이나 분자의 농도를 말한다

259 MIXTURES 실험9. 피클 만들기 화계중학교 박준영 소금물에 오이를 넣어 피클을 만들어 본다. 유리병, 오이, 소금, 물 1. 물을 유리병에 가득 채우고 소금을 최대한 많이 녹인다. 2. 오이를 유리병에 넣고 뚜껑을 닫아둔다. (1) (2) 3. 여러 주 동안 매일 오이의 변화를 관찰한다. 소금물 속의 오이 피클 오이 안에 들어 있는 물 농도가 유리병 안에 들어 있는 소금물에서의 물 농도보다 낮기 때문 에 오이 안의 물이 소금물로 이동하여 나오게 된다. 이런 현상은 오이의 안과 밖의 소금 농도가 같게 되는 농도 평형이 이루질 때까지 지속되는데, 결과적으로 오이는 피클이 되어 가라앉게 된 다. 이런 현상은 피클을 만들 때 일어나는 현상과 비슷하며, 피클을 만들 때는 소금물에 여러 가지 재료를 첨가된다. 오이에서 물이 나오는 것은 세포에 들어 있는 물이 빠져 나오는 것으로 세포를 둘러싸고 있는 반투막을 통해 어떤 물질은 통과하고, 어떤 물질은 통과하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이렇게 반투막을 통해 물이 이동하는 현상을 삼투라고 한다

260 MIXTURES 실험10. 오이가 커졌어요! 화계중학교 박준영 오이를 증류수 안에 넣어 더 큰 피클을 만들어 본다. 유리병, 증류수, 오이 (1) (2) 1. 증류수를 유리병에 채우고 오이를 넣는다. 2. 여러 주 동안 매일 오이의 변화를 관찰한다. 증류수 속의 오이 더 커진 오이 물은 농도 평형을 이루기 위해서 물 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동할 것이다. 오이 안 에 들어 있는 물의 집중도는 증류수보다 집중도가 더 작으므로 삼투에 의해 물이 오이 속으로 들 어가므로 오이가 점점 커지게 된다

261 학생활동지 실험10. 오이의 변신 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 소금물에 오이를 넣어 작은 피클을 만들어 보고, 증류수에 넣어 더 큰 피클을 만들어 본다. 유리병, 오이, 소금, 증류수, 물 1. 물을 유리병에 가득 채우고 소금을 최대한 많이 녹인다. 2. 오이를 유리병에 넣고 뚜껑을 닫고, 여러 주 동안 매일 오이의 변화를 관찰한다. 오이의 모 양과 크기는 어떻게 변해 가는가? 3. 증류수를 유리병에 채우고 오이를 넣고, 여러 주 동안 매일 오이의 변화를 관찰한다. 오이 의 모양과 크기는 어떻게 변해 가는가? 오이를 소금물에 넣었을 때와 증류수에 넣었을 때, 오이의 크기가 변하는 원인이 무엇인지 토 의하여 서술하시오

262 (1) (2) (3) (4) 소금물 속의 오이 피클 증류수 속의 오이 커진 오이 오이 안에 들어 있는 물 농도가 유리병 안에 들어 있는 소금물의 물 농도보다 낮기 때문에 오 이 안의 물이 소금물로 이동하여 나오게 된다. 이런 현상은 오이의 안과 밖의 농도가 같게 되어 평형이 이루질 때까지 지속되는데, 결과적으로 오이는 피클이 되어 가라앉게 된다. 이런 현상은 피클을 만들 때 일어나는 현상과 비슷하며, 피클을 만들 때는 소금물에 여러 가지 재료를 첨가된다. 오이에서 물이 나오는 것은 세포에 들어 있는 물이 빠져 나오는 것으로 세포를 둘러싸고 있는 반투막을 통해 어떤 물질은 통과하고, 어떤 물질은 통과하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이렇게 반투막을 통해 물이 이동하는 현상을 삼투라고 한다. 증류수에 오이를 넣으면 물 농도의 평형을 이루기 위해서 물 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동할 것이다. 오이 안에 들어 있는 물의 농도는 증류수보다 더 작으므로 삼투에 의해 물이 오이 속으로 들어가므로 오이가 점점 커지게 된다

263 MIXTURES 실험11. 온도가 용해 속도에 영향을 미칠까? 신사중학교 민정숙 - 용해 속도에 미치는 온도의 영향을 알아본다. - 빈병2개, 각설탕, 전자레인지 또는 스토브, 물 - 뜨거운 물을 사용할 때 주의한다. 1. 빈병 한 개에는 찬물을, 다른 빈병 한 개에는 뜨거운 물을 넣는다. 2. 동시에 각설탕 하나씩을 각각의 병에 떨어뜨린다. 3. 각각의 경우에 설탕이 용해되는데 걸리는 시간을 기록한다. - 물질은 명백히 찬물보다 뜨거운 물에서 더 빨리 용해된다. - 이것은 뜨거운 물의 분자들이 찬물의 분자들보다 더 빨리 움직이기 때문이다. 따라서 설탕분 자와 더 많이 충돌하게 되고, 더 빨리 용해시킨다

264 학생활동지 실험11. 온도가 용해 속도에 영향을 미칠까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 용해 속도에 미치는 온도의 영향을 알아보자. - 빈병2개, 각설탕, 전자레인지 또는 스토브, 물 - 뜨거운 물을 사용할 때 주의한다. 1. 빈병 한 개에는 찬물을, 다른 빈병 한 개에는 뜨거운 물을 넣는다. 2. 동시에 각설탕 하나씩을 각각의 병에 떨어뜨린다. 3. 각각의 경우에 설탕이 용해되는데 걸리는 시간을 기록한다. 각설탕이 용해되는데 걸리는 시간 찬물 더운물 1. 각설탕은 당연히 찬물에서 보다 뜨거운 물에서 빨리 녹는다. 왜일까? 분자운동으로 설명해 보자. - 물질은 명백히 찬물보다 뜨거운 물에서 더 빨리 용해된다. 이것은 뜨거운 물의 분자들이 찬물 의 분자들보다 더 빨리 움직이기 때문이다. 따라서 설탕 분자와 더 많이 충돌하게 되고, 더 빨리 용해시킨다

265 MIXTURES 실험12. 용해 속도에 표면적이 영향을 미칠까? 신사중학교 민정숙 - 용해 속도에 표면적이 영향을 미치는지 알아본다. - 투명한 음료수 컵 2개, 각설탕 - 없음 1. 각설탕을 부수어 고운 가루로 만든다. 2. 부수어진 각설탕을 한쪽의 물이 든 컵에 넣고, 동시에 다른 쪽의 물이 든 컵에는 원래대로의 각설탕을 넣는다. 3. 각각의 경우에 설탕이 완전히 용해되는데 걸리는 시간을 기록한다. 각설탕 부수어진 각설탕 - 물질의 표면적은 용해 속도에 중요한 역할을 한다. 물 분자의 설탕입자에 대한 충돌은 그것들 을 깨뜨리고 용해시키는 원인이 된다. 설탕이 물과 더 많이 접촉하게 되면 더 많은 충돌이 일어나 게 된다. 원래대로의 각설탕의 경우에는 겉 표면만이 물과 접촉하게 되어 천천히 용해된다

266 학생활동지 실험12. 용해 속도에 표면적이 영향을 미칠까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 용해 속도에 표면적이 영향을 미치는지 알아보자. 각설탕 부수어진 각설탕 - 투명한 음료수 컵 2개, 각설탕 - 없음 1. 각설탕을 부수어 고운 가루로 만든다. 2. 부수어진 각설탕을 한쪽의 물이 든 컵에 넣고, 동시에 다른 쪽의 물이 든 컵에는 원래대로의 각설탕을 넣는다. 3. 각각의 경우에 설탕이 완전히 용해되는데 걸리는 시간을 기록한다. 설탕이 용해되는데 걸리는 시간 부수어진 각설탕 원래대로의 각설탕 1. 고운 가루로 만든 각설탕이 원래대로의 각설탕보다 빨리 녹는다. 왜일까? 설명해 보자. - 물질의 표면적은 용해 속도에 중요한 역할을 한다. 물 분자의 설탕입자에 대한 충돌은 그것들 을 깨뜨리고 용해시키는 원인이 된다. 설탕이 물과 더 많이 접촉하게 되면 더 많은 충돌이 일어나 게 된다. 원래대로의 각설탕의 경우에는 겉 표면만이 물과 접촉하게 되어 천천히 용해된다

267 MIXTURES 실험13. 흔들기(Shaking) 가 용해 속도에 영향을 미칠까? 신사중학교 민정숙 - 흔들기(Shaking)가 용해 속도에 영향을 미치는지 알아본다. - 뚜껑이 있는 빈병 2개, 설탕 - 없음 1. 거의 물을 가득 채운 2개의 병 각각에 설탕 몇 티스푼을 넣는다. 2. 병 하나를 1분 동안 힘차게 흔들어 준다. 나머지 병 하나는 그대로 놓아둔다. 3. 각 병에 녹지 않고 남아 있는 설탕의 양을 비교한다. 설탕 바닥에 가라앉음 흔든다 완전히 녹음 - 흔들어 준 병 속의 물은 흔들어 주지 않은 것보다 훨씬 빨리 설탕을 녹인다. - 흔들기(Shaking)는 설탕 분자들을 더 많은 물 분자들과 접촉하게 하여, 물과 설탕의 충돌횟수 를 증가시킨다

268 MIXTURES 실험14. 기름에는 무엇이 녹을까? 신사중학교 민정숙 - 어떤 물질들이 기름에 녹지 않는 이유를 알아본다. - 식물성 기름, 20 oz. 깨끗한 음료수병, 소금, 식용 색 소, 설탕 -없음 식용색소 소금 1. 식물성 기름을 병에 1/2정도 되도록 넣는다. 2. 준비한 물질들을 각각 소량 병속에 넣고 흔든다. 3. 결과를 관찰한다. 4. 다른 물질들을 가지고 실험한다. 식물성 기름 - 비극성인 기름은 다른 극성 액체나 고체들을 용해시키지 않는다. - 이전 실험에서 소금, 설탕 그리고 식용색소가 물에 용해되는 것을 알았다. 따라서 이 물질들은 극성이어야 한다. 비극성 물질은 극성 물질을 용해시킬 수 없다. - 이 실험에서 식용색소의 행동은 특히 흥미롭다. - 그것은 완벽한 구형의 모양으로 남아있다

269 학생활동지 실험14. 기름에는 무엇이 녹을까? 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 어떤 물질들이 기름에 녹지 않는 이유를 알아보자. - 식물성 기름, 20 oz. 깨끗한 음료수병, 소금, 식용 색소, 설탕 식용색소 소금 1. 식물성 기름을 병에 1/2정도 되도록 넣는다. 2. 준비한 물질들을 각각 소량 병속에 넣고 흔든다. 3. 결과를 관찰하고 기록한다. 4. 다른 물질들을 가지고 실험한다. 기름에 용해되는 물질 식물성 기름 기름에 용해되지 않는 물질 1. 식물성 기름에서는 극성 액체나 고체들을 용해되지 않는다. 그 이유를 설명해 보자. - 비극성인 기름은 다른 극성 액체나 고체들을 용해시키지 않는다. 이전 실험에서 소금, 설탕 그 리고 식용색소가 물에 용해되는 것을 알았다. 따라서 이 물질들은 극성이어야 한다. 비극성 물질 은 극성 물질을 용해시킬 수 없다

270 MIXTURES 실험15. 손난로 만들기 신사중학교 민정숙 - 물에 물질을 넣어 핫팩(hot pack)을 만들어 본다. - 염화칼슘(얼음 용해제로 철물점에서 파는 것), Quart-크기의 냉동용 비닐백, 물 - 염화칼슘은 눈에 자극적이므로 보안경을 착용한다. 먹으면 유독하다. 1. 염화칼슘 몇 티스푼을 냉동용 비닐백에 넣는다. 2. 1에 한 컵의 물을 넣는다. 3. 냉동용 비닐백을 봉하고 손가락으로 주물러 염이 모두 용 해될 때까지 혼합시킨다. 4. 물의 온도 변화를 관찰한다. 염화칼슘과 물 - 이 실험은 발열과정(열이 방출되는)의 뛰어난 예이다. - 염화칼슘이 물에 용해될 때, 서로 결합되어 있는 염화칼슘 이온들 결합을 끊기 위해 에너지가 필요하다. 그러나 염화칼슘 이온들이 물 분자들과 결합할 때 열이 발생한다. 방출되는 열이 처음 에 흡수되는 열보다 훨씬 크다. - 짧은 시간에 염화칼슘이 물에 녹으면서 엄청나게 많은 양의 에너지가 방출된다. - 이와 같은 발열과정이 다른 많은 물질에서도 관찰된다

271 학생활동지 실험15. 손난로 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 물에 물질을 넣어 핫팩(hot pack)을 만들어 보자. - 염화칼슘(얼음 용해제로 철물점에서 파는 것), Quart-크기의 냉동용 비닐백, 물 - 염화칼슘은 눈에 자극적이므로 보안경을 착용한다. 먹으면 유독하다. 염화칼슘과 물 1. 염화칼슘 몇 티스푼을 냉동용 비닐백에 넣는다. 2. 1에 한 컵의 물을 넣는다. 3. 냉동용 비닐백의 입구를 봉하고 손가락으로 주물러 염이 모두 용해될 때까지 혼합시킨다. 4. 물의 온도 변화를 관찰하자. 어떤 현상이 일어나는가? 1. 염화칼슘과 물이 들어 있는 냉동용 비닐백에서 많은 열이 발생한다. 왜일까? 설명해 보자. 염화칼슘이외에 이런 반응을 일으키는 물질은 어떤 것들이 있을까? - 이 실험은 발열과정(열이 방출되는)의 좋은 예이다. 염화칼슘이 물에 용해될 때, 서로 결합되어 있는 염화칼슘 이온들 결합을 끊기 위해 에너지가 필요하다. 그러나 염화칼슘 이온들이 물 분자들 과 결합할 때 열이 발생한다. 방출되는 열이 처음에 흡수되는 열보다 훨씬 크다. 짧은 시간에 염 화칼슘이 물에 녹으면서 엄청나게 많은 양의 에너지가 방출된다

272 MIXTURES 실험16. 확산 관찰 신사중학교 민정숙 - 종이 타월을 통해 물이 확산되는 현상을 관찰한다. - 투명한 음료수컵 2개, 식용색소, 종이 타올 - 없음. 1. 한쪽 컵에 절반 정도 물을 채우고, 식용색소를 몇 방울 떨어뜨린다. 2. 종이 타월을 말아 한쪽 끝을 물이 들어 있는 컵에 넣고 바닥에 닿게 한다. 다른 쪽 끝은 비어 있는 컵에 넣어 중간 높이 정도까지 닿게 한다. 3. 최소한 일주일 그대로 놓아둔다. 매일 관찰한다. - 확산 과정을 통해 물은 종이 타월을 타고 다른 쪽 컵으로 이동한다. - 결과적으로 물이 차 있던 컵은 빈 컵이 되고 빈 컵은 차게 된다

273 MIXTURES 실험17. 머랭(Meringue)만들기:콜로이드 신사중학교 민정숙 - 콜로이드 타입인 머랭을 만들어 본다. - 계란 1개, 베이킹 소다, 계량 컵, 시트르산(Citric Acid), 커다란 볼 - 없음. 1. 커다란 믹싱볼에 계란 한 개의 흰자를 넣는다. 2. 1에 반 컵의 물과 베이킹 소다 2 티스푼을 넣는다. 완전히 섞는다. 3. 2에 시트르산 2 티스푼을 더하고 완전히 섞는다. 관찰한다. - 아주 많은 양의 머랭이 형성되는 것을 볼 수 있다. - 머랭은 콜로이드타입인 거품의 한 예이다. 거품은 액체로부터 기체가 분산될 때 형성된다. - 이 경우 시트르산이 베이킹 소다와 반응할 때 이산화탄소가 형성된다. 이 기체는 계란 흰자에 갇혀 있다가 팽창하여 거품을 만든다. 머랭

274 MIXTURES 실험18. Rock Candy 만들기 신사중학교 민정숙 - 설탕의 결정화 과정을 통해 rock candy을 만들어 본다. - 스토브 또는 핫플레이트, 설탕, 냄비, 물, 내열유리병, 젓개, 종이 집개(클립), 연필, 젓기 위한 나무 스푼 과포화 설탕용액 1. 사용할 물의 양을 정하기 위해, 유리병에 물을 채우고 그 물을 냄비에 쏟아 붓는다. 2. 물을 천천히 가열하면서 계속적으로 설탕을 넣어 녹인다. 설탕이 바닥에 가라앉기 시작할 때 더 이상 녹지 않는 것이다. 계속 저어준다. 3. 물이 데워질수록 많은 양의 설탕이 녹을 수 있다. 얼마나 많은 양의 설탕이 더해질 수 있느냐 에 놀랄 수도 있으나 물이 끓을 때까지 같은 방식으로 진행한다. 4. 일단 물이 끓으면 더 이상 설탕을 넣지 않는다. 약 1분 정도 끓인 후, 불을 끄고 병에 붓는다. 5. 연필에 끈을 묶고 끝 부분에 클립을 매단다. 클립을 병 안쪽에 넣는데, 병 안쪽 면이나 바닥에 닿지 않게 한다. 6. 몇 주 동안 가만히 놓아둔다. 매일 위에 딱딱한 표면이 생기면 깨뜨린다. 이것은 물이 증발되 게 해준다. 물이 증발될수록 설탕은 용액에서 나와 클립에 들러붙기 시작한다. 이 결정들은 물 이 완전히 증발될 때까지 계속 형성된다. 최종 결과는 먹는 즐거움이다. - 설탕은 물에 용해되어 포화용액을 형성한다. 물의 온도가 올라가면 더 많은 양의 설탕 결정이 용해될 수 있어 과포화 용액이 형성된다. - 이것은 용액이 데워져서 표준적인 양보다 많은 결정을 포함하고 있는 용액이다. - 물이 증발됨에 따라 남아 있는 물은 많은 양의 설탕을 포함할 수 없게 되어 설탕이 용액 밖으 로 떨어져 나오고 클립에 결정화되어 흔들거리게 된다. - 결정은 규칙적으로 반복되는 모양으로 형성되는 단순한 고체이다. 설탕 결정은 매우 특별한 형 태일 것으로 추측되는데, 여러 가지 다른 타입의 결정 모양이 있다. 돋보기로 관찰하면 매우 아름 다운 모양들이 나타난다. 연관된 실험 : 식탁용 소금, 사리염(epsom salt), 명반(alum)등으로 하면 좋은 결과를 얻을 수 있다

275 학생활동지 실험18. Rock Candy 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 설탕의 결정화 과정을 통해 rock candy을 만들어 보자. - 스토브 또는 핫플레이트, 설탕, 냄비, 물, 내열유리병, 젓개, 종이 집개(클립), 연필, 젓기 위한 나무 스푼 과포화 설탕용액 - 화기를 사용하므로 조심한다. 1. 사용할 물의 양을 정하기 위해, 유리병에 물을 채우고 그 물을 냄비에 쏟아 붓는다. 2. 물을 천천히 가열하면서 계속적으로 설탕을 넣어 녹인다. 설탕이 바닥에 가라앉기 시작할 때 더 이상 녹지 않는 것이다. 계속 저어준다. 3. 물이 데워질수록 많은 양의 설탕이 녹을 수 있다. 얼마나 많은 양의 설탕이 더해질 수 있느냐 에 놀랄 수도 있으나 물이 끓을 때까지 같은 방식으로 진행한다. 4. 일단 물이 끓으면 더 이상 설탕을 넣지 않는다. 약 1분 정도 끓인 후, 불을 끄고 병에 붓는다. 5. 연필에 끈을 묶고 끝 부분에 클립을 매단다. 클립을 병 안쪽에 넣는데, 병 안쪽 면이나 바닥에 닿지 않게 한다. 6. 몇 주 동안 가만히 놓아둔다. 매일 윗면에 딱딱한 표면이 생기면 깨뜨린다. 어떤 현상이 일어 나는가? 그 이유는 무엇일까?

276 7. 용액 속에서 결정화되어 클립에 달라붙어 있는 설탕 입자들을 돋보기로 관찰해 보자. 어떤 모양이 보이는가? 1. 물이 데워져서 온도가 올라갈수록 많은 양의 설탕이 녹는다. 녹을 수 있는 양보다 더 많은 양 의 물질이 녹아 있는 용액을 무엇이라 부르는가? 2. 물이 끓고 난 후, 불을 끄고 설탕용액을 놓아두면 매달아 놓은 클립에 설탕이 달라붙는다. 왜일까? 설명해 보자. 3. 설탕이외에 이런 실험을 할 수 있는 물질은 어떤 것들이 있을까? - 설탕은 물에 용해되어 포화용액을 형성한다. 물의 온도가 올라가면 더 많은 양의 설탕 결정이 용해될 수 있어 과포화 용액이 형성된다. - 이것은 용액이 데워져서 표준적인 양보다 많은 결정을 포함하고 있는 용액이다. - 물이 증발됨에 따라 남아 있는 물은 많은 양의 설탕을 포함할 수 없게 되어 설탕이 용액 밖으 로 떨어져 나오고 클립에 결정화되어 흔들거리게 된다

277 MIXTURES 실험19. 주머니 속에 아이스크림 만들기 신사중학교 민정숙 - 주머니 속에 아이스크림을 만들어 본다. - gallon 크기의 지퍼백, quart 크기의 냉동용 비닐백 2개, 굵은 소금, 조각얼음, 계량스푼, 우유, 연유, 설탕, 바닐라 추출물 - 없음. 1. quart 크기의 냉동용 비닐백 속에 다음과 같이 넣는다. 우유 1/2컵, 연유 1/4컵, 설탕 4티스 푼, 바닐라 추출물 1/2티스푼 2. 주머니를 입구를 봉하고 같은 크기의 다른 주머니를 똑같이 만든다. 그것 역시 봉한다. 3. gallon 크기의 냉동용 비닐백에 조각 얼음을 반 정도 채우고 1컵의 암염을 넣는다. 4. 얼음과 소금이 들어 있는 gallon 크기의 냉동용 비닐백 속에 1의 용액 주머니를 넣고 입구를 봉한다. 주머니 속의 혼합물이 단단한 얼음이 될 때까지 손으로 최소한 반시간 정도 혼합한다. 만 약 전체적으로 단단해지지 않으면, 녹은 얼음을 버리고 새로운 얼음과 소금으로 바꾸어 혼합하는 과정을 반복한다. 손이 매우 차가워지므로 장갑이 필요할 수도 있다. - 소금은 얼음을 녹이며 어는점을 낮춘다. 용해 현상은 열을 흡수하기 때문에 주머니 속 용액의 온도는 낮아진다. 주머니 속 용액이 0 아래의 물에 둘러싸여 있기 때문에 얼어서 아이스크림이 된다. 계속적으로 손으로 혼합해주면 다른 물질 즉 중요한 생명요소인 공기가 아이스크림이 된다. 이것은 아이스크림의 독특한 조직과 맛을 선사한다

278 MIXTURES 실험20. 냉찜질팩(Cold Pack) 만들기 신사중학교 민정숙 - 물에 물질을 녹여서 냉찜질 팩을 만들어 본다. - 질산칼륨(화학 비료의 성분인 질산암모늄도 사용할 수 있다.), quart 크기의 냉동용 비닐백, 물 - 질산칼륨을 독성이 있어 먹게 되면 위험하므로 주의한다. 또한 가열되면 폭발할 수 있으므로 모든 불길로부터 멀리 치워놓는다. 1. 냉동용 비닐백 속에 질산칼륨 몇 티스푼을 넣는다. 2. 1에 물을 반 컵 더한다. 3. 고체가 완전히 용해될 때까지 손으로 냉동용 비닐백을 주물러 혼합한다. 온도를 관찰한다. 냉동용 비닐백 질산칼륨과 물 - 질산칼륨이 물에 용해될 때 주위의 열을 흡수한다. 이것은 흡열과정의 한 예이다. 주위로부터 열에너지를 흡수하기 때문에 주머니를 만졌을 때 차가움을 느낀다

279 Polymer 실험1. 스티로폼 컵 녹이기 동대문중학교 최숙영 - 아세톤을 이용하여 스티로폼 컵을 녹여본다. - 아세톤(매니큐어 리무버용), 작은 알루미늄 접시, 스티로폼 컵 - 아세톤은 인화성이 매우 크다. 따라서 화기와 멀리 놓는다. - 증기를 흡입하였을 경우 해로울 수 있으므로, 환기가 잘 되는 곳에서 실험한다. - 아세톤은 마셨을 경우 치명적일 수 있다. - 실험을 마친 후에는 손을 깨끗이 씻도록 한다. 1. 알루미늄 접시에 약 1cm 높이 정도로 아세톤 을 붓는다. 아세톤이 다른 물질과 반응할 수 있으 므로, 반드시 금속재질의 접시를 사용하도록 한다. 2. 스티로폼 컵의 입구를 아세톤을 향하게 하여 넣고 손가락으로 부드럽게 눌러준다. 3. 컵이 완전히 녹을 것이다. 손으로 누르면 컵이 녹을 것이고, 물과 섞여서 공 모양이 될 것이다. 마른 후에는 다시 딱딱해진다. 아세톤 스트로폼 컵 - 스티로폼 컵은 스티렌(styrene)분자가 길게 사슬모양으로 결합되어 있는 폴리스티렌 (Polystyrene)으로 만들어져 있다. 아세톤은 스티렌 분자 사이의 결합을 깨뜨려 컵을 녹이는 것이 다. 스티로폼 컵이 제작될 때, 절연력을 높이기 위해 공기가 주입된다. 이 공기는 컵이 녹을 때 나 오기 때문에 아세톤에 공기방울이 생긴다

280 학생활동지 실험1. 스티로폼 컵 녹이기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 아세톤을 이용하여 스티로폼 컵을 녹여봅시다. 아세톤 스트로폼 컵 - 아세톤(매니큐어 리무버용), 작은 알루미늄 접 시, 스티로폼 컵 - 아세톤은 인화성이 매우 크다. 따라서 화기와 멀리 놓는다. - 증기를 흡입하였을 경우 해로울 수 있으므로, 환기가 잘 되는 곳에서 실험한다. - 아세톤은 마셨을 경우 치명적일 수 있다. - 실험을 마친 후에는 손을 깨끗이 씻도록 한다. 1. 알루미늄 접시에 약 1cm 높이 정도로 아세톤을 붓는다. 아세톤이 다른 물질과 반응할 수 있으 므로, 반드시 금속재질의 접시를 사용하도록 한다. 2. 스티로폼 컵의 입구를 아세톤을 향하게 하여 넣고 손가락으로 부드럽게 눌러준다. 어떤 현상 이 관찰되는지 모두 써보자

281 1. 아세톤에 스티로폼 컵을 넣으면 녹는다. 이 때, 왜 기포가 발생할까? - 스티로폼 컵은 스티렌(styrene)분자가 길게 사슬모양으로 결합되어 있는 폴리스티렌 (Polystyrene)으로 만들어져 있다. 아세톤은 스티렌 분자 사이의 결합을 깨뜨려 컵을 녹이는 것이 다

282 Polymer 실험2. 풍선을 바늘로 찌르기 동대문중학교 최숙영 - 풍선이 터지지 않으면서 바늘을 꽂아 풍선에 관통시킨다. - 큰 바늘 또는 대나무 꼬챙이, 풍선, 바셀린(Vaseline) 1. 바늘의 끝부분에 바셀린을 발라 부드럽게 한다. 2. 풍선을 적당한 크기로 분 후, 묶는다. 3. 풍선의 두꺼운 끝부분에 바늘을 부드럽고 천천히 꽂는다. 계속 꽂아서 풍선이 묶여져 있는 다 른 한쪽 끝으로 통과시킨다. 풍선은 절대 터지지 않는다. - 풍선의 고무는 폴리머(같은 분자들이 계속 반복되면서 긴 체인을 형성)이다. 바늘이 이러한 폴 리머 체인 사이를 통과하기 때문에 풍선이 터지지 않는 것이다. 바늘이 찌르는 지점 주위로 짧은 시간동안 봉할 수 있는 무언가가 형성되기 때문에 폴리머 체인이 그 부분을 메울 수 있다. 이 실 험은 학생들에게 깊은 인상을 줄 수 있는 화학 마술의 좋은 예이다

283 Polymer 실험3. 재활용 기호의 의미는 무엇일까? 동대문중학교 최숙영 - 플라스틱 용기에서 흔히 볼 수 있는 재활용 기호의 의미를 이해한다. - 주방이나 쓰레기통에서 쉽게 볼 수 있는 플라스틱 용기들 1. 바닥에 재활용 기호(화살표로 삼각형이 그려져 있고 가운데에 숫자가 써 있는 기호)가 있는 다 양한 플라스틱 용기들을 모은다. 2. 그 용기들을 1부터 6까지의 그룹으로 나누고, 다음의 성질을 관찰한다. a. 반투명한가, 투명한가, 불투명한가? b. 이 플라스틱의 용도 c. 잘 구부러지는가, 부서지기 쉬운가? d. 색깔 e. 무른가, 튼튼한가? f. 또 다른 성질은? - 기호들이 표시되어 있는 목적은 대부분의 플라스틱들이 재활용될 수 있기 때문에 이 물질들의 재활용을 용이하게 하기 위해서이다. 이 기호들은 용기를 구성하고 있는 플라스틱의 종류를 간단 하게 알려준다. 그룹1부터 6까지의 구성 물질은 다음과 같다. 1 - PET 또는 Polyethylene terephthalate 2 - HDPE 또는 고밀도 Polyethylene 3 - PVC 또는 Polyvinyl chloride 4 - LDPE EH는 저밀도 Polyethylene 5 - PP 또는 Polypropylene 6 - PS 또는 Polystyrene

284 Polymer 실험4. 신축성이 있고 끈적한 폴리머 만들기 동대문중학교 최숙영 - 실제로 가게에서 판매되는 장난감과 비슷한 구성의 폴리머를 만들어 본다. - Elmer's Glue(미국의 풀 상표 이름이다. 액체 풀을 사용하면 된다.), 계량컵과 계량스푼, 컵 몇 개, Borax (식료품점에서 판매되는 20 Mule Team Borax, 미국의 회사 이름이자 제품이름이다. 붕사), 식용 색소, 물 1. 컵에 물 3 테이블스푼(1.5 oz 1). 또는 40mL)을 넣는다. 이 물에 4 테이블스푼(2oz. 또는 53mL 또는 1/4 컵)의 풀을 더 넣고 잘 저어준 식용색소 풀 물 다. 2. 컵에 Borax를 1 티스푼(5mL)보다 조금 많이 넣는다. 물 2테이블스푼(1oz. 또는 27mL)을 더 넣고, 다 녹을 때까지 몇 분 동안 강하게 저어준다. 3. 두 개의 컵을 함께 섞고, 몇 분 동안 계속 저어준다. 손가락으로 눌렀을 때, 손가락을 튕겨낼 정도의 딱딱한 덩어리가 생길 것이다. - 생성된 물질은 특이한 성질을 가지고 있는 십자로 연결된 폴리머이다. 천천히 잡아당기면 늘어나지만, 빨리 잡아당기면 끊어진다. 만일, 손으로 세게 치면 거의 변형되지 않고 손이 튕겨져 나올 것이다. 엄지손 가락으로 세게 누르면 쉽게 변형된다. 바닥에 던지면 공처럼 튀어오를 수도 있다. 테이블 위에 놓아두면 질척하게 평평해진다. 신문으로 찍으면 신문에 인쇄된 그림이 묻어져 나올 수도 있다. 시간이 지나면 흐 를 수 있기 때문에 사실 이 물질은 고체가 아니라 아주 점성이 높은 액체이다. 이렇게 다른 대부분의 물 질들과 다른 성질을 가진 물질을 전문적으로는 non-newtonian 유체 라고 분류한다. 이러한 성질은 아주 특별한 폴리머 구조 때문에 나타난다. 이러한 물질들은 공기와 접하게 되면 딱딱해질 수 있으므로 공기가 통하지 않는 플라스틱 용기에 보관해야한다. 1) 1oz는 약 28.35g이다

285 학생활동지 실험4. 신축성이 있고 끈적한 폴리머 만들기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 실제로 가게에서 판매되는 장난감과 비슷한 구성의 폴리머를 만들어 본다. - Elmer's Glue(미국의 풀 상표 이름이다. 액체 풀을 사용하면 된다.), 계량컵과 계량스푼, 컵 몇 개, Borax (식료품점에서 판매되는 20 Mule Team Borax, 미국의 회사 이름이자 제품이름이다. 붕사), 식용 색소, 물 1. 컵에 물 3 테이블스푼(1.5 oz 2). 또는 40mL)을 넣는다. 이 물에 4 테이블스푼(2oz. 또는 53mL 또는 1/4 컵)의 풀을 더 넣고 잘 저어준다. 2. 컵에 Borax를 1 티스푼(5mL)보다 조금 많이 넣는다. 물 2테이블스푼(1oz. 또는 27mL)을 더 넣고, 다 녹을 때까지 몇 분 동안 강하게 저어준다. 3. 두 개의 컵을 함께 섞고, 몇 분 동안 계속 저어준다. 손가락으로 눌렀을 때, 손가락을 튕겨낼 정도의 딱딱한 덩어리가 생길 것이다. 풀 물 식용색소 2) 1oz는 약 28.35g이다

286 4. 생성된 덩어리를 천천히 잡아당겨도 보고, 빨리 잡아당겨도 보자. 어떤 차이점이 있는가? 5. 바닥에 던져보자. 어떤 현상이 관찰되는가? 6. 테이블 위에 가만히 놓아두어 보자. 잠시 후 어떤 현상이 관찰되는가? 1. 생성된 물질은 고체일까, 액체일까? 2. 위와 같이 생각하는 이유는 무엇인가?

287 Polymer 실험5. 기저귀 흡수성 테스트 동대문중학교 최숙영 - 흡수성이 좋다고 알려져 있는 여러 회사 제품의 기저귀를 테스트해 본다. - 4~5 종류의 기저귀(다른 회사 제품), 2L 병 4~5개, 증류수 1. 각 병의 윗부분을 잘라내고, 증류수 약 1500mL를 붓는다. 증류수를 사용할 수 없다면 수돗물 을 사용해도 된다. 2. 각 기저귀를 물에 완전히 잠길 정도로 5분 동안 담가 놓는다. 3. 각 기저귀를 빼고 얼마나 많은 물의 흡수되었나를 기록한다. 4. 기록이 끝나면 각 기저귀를 잘라 내용물을 상세히 관찰한다. - 모든 기저귀에는 sodium polyacrylate라는 폴리머가 들어있는데, 이 폴리머는 자신의 무게의 800배 정도의 증류수(수돗물은 400배, 소금물이나 오줌은 60배)를 흡수할 수 있는 강력한 흡수제 로 알려져 있다. 물을 가장 많이 흡수한 기저귀는 sodium polyacrylate를 더 많이 사용하여 제조 된 제품이다. 그러나 강력한 흡수력 때문에 아주 적은 양의 sodium polyacrylate로도 충분하다. (1) (2)

288 Polymer 실험6. 강력한 흡수력을 지닌 폴리머 동대문중학교 최숙영 - 강력한 흡수제인 sodium polyacrylate 폴리머의 성질을 알아본다. - 기저귀, 투명한 물 컵, 증류수, 소금, 가위 - sodium polyacrylate는 복용할 경우 몸에 해로울 수 있다. 따라서 이 실험 후에는 손을 깨끗이 씻어야 한다. 1. 가위로 기저귀를 조심해서 자르 고 패드를 제거한 후 기저귀 안의 가루를 모은다. 이것이 sodium polyacrylate이다. 2. 컵에 sodium polyacrylate를 넣고 증류수를 천천히 붓는다. 붓는 물의 양은 모아진 가루의 양과 순도에 따 sodium polyacrylate 첨가 소금 첨가 라 조절할 수 있다. 순수한 sodium polyacrylate는 자신의 무게의 800배 많은 증류수를 흡수할 수 있다. 물을 흡수한 폴리머는 젤과 같은 모양으로 관찰된다. 3. 흡수성을 관찰한 후에 이 혼합물에 소금을 넣는다. 그리고 젤이 다시 액체로 변하는 것을 관찰 하라. - 소금은 폴리머의 흡수성을 없앤다. sodium polyacrylate가 증류수는 800배나 흡수할 수 있지만, 오줌(소금기가 있으므로)은 60배 밖에 흡수하지 못하는 것도 이 때문이다. 소금은 폴리머와 물 사 이에 형성되었던 결합을 깨뜨리는 역할을 한다

289 학생활동지 실험6. 강력한 흡수력을 지닌 폴리머 (물이 사라졌어요!) 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 강력한 흡수제인 sodium polyacrylate 폴리머의 성질을 알아본다. - 기저귀, 투명한 물 컵, 증류수, 소금, 가위 - sodium polyacrylate는 복용할 경우 몸에 해로울 수 있다. 따라서 이 실험 후에는 손을 깨끗이 씻어야 한다. 1. 가위로 기저귀를 조심해서 자르고 패드를 제거한 후 기저귀 안의 가루를 모은다. 이것이 sodium polyacrylate이다. 2. 컵에 sodium polyacrylate 가루를 넣고 물을 조금 붓는다. 3. 컵을 뒤집어보자. 물이 쏟아지는가? 4. 그 컵에 소금을 넣어보자. 그러고 나서 다시 컵을 뒤집어 보자. 어떤 현상이 관찰되는가? 1. 처음에 컵을 뒤집었을 때, 왜 물이 쏟아지지 않을까? 물은 어디로 사라진 걸까? 2. 소금은 어떤 역할을 할까?

290 Polymer 실험7. 재미있는 옥수수 녹말 실험 동대문중학교 최숙영 - 옥수수 녹말과 물 혼합물의 재미있는 성질을 관찰해 본다. - 옥수수 녹말 6oz 3), 물 300mL, 사발, 큰 스푼 1. 사발에 옥수수 녹말과 물을 넣고 잘 저으며 섞어준다. 2. 잘 섞은 후, 이 물질을 손으로 한 줌 쥐어 관찰해 본다. 매우 빨리 흘러내릴 것이다. 3. 다시 손으로 잡은 후 꼭 짜본다. 매우 단단해 진다. 4. 손가락으로 아주 빨리 표면을 찌르면 손가락이 튕겨져 나올 것이다. 5. 손가락으로 아주 천천히 누르면 아래로 들어간다. 쉽게 사발 바닥까지 닿을 수 있을 것이다. 6. 이러한 재미있는 물질을 가지고 다른 여러 가지의 재미있는 실험을 시도해 볼 수 있다. - 옥수수 녹말은 폴리머의 한 종류이다. 폴리머란 같은 종류의 분자들이 긴 사슬로 연결되어 있 는 것이다. 옥수수 녹말과 물 혼합물은 non-newtonian 유체 의 한 예이다. 이러한 물질의 점성도 는 압력에 영향을 받는다. 이 물질을 꼭 쥐면 점성이 강해지고(덜 흐르는) 압력이 감소하면 점성 이 약해진다(더 흐르는). 이러한 물질을 명확히 정의내리는 것은 어렵지만, 노력할 가치는 충분하 다. 물 3) 1oz는 약 28.35g이다

291 학생활동지 실험7. 재미있는 옥수수 녹말 실험 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 옥수수 녹말과 물 혼합물의 재미있는 성질을 관찰해 본다. - 옥수수 녹말 6oz 4), 물 300mL, 사발, 큰 스푼 1. 사발에 옥수수 녹말과 물을 넣고 잘 저으며 섞어준다. 2. 잘 섞은 후, 이 물질을 손으로 한 줌 쥐어 관찰해 본다. 어떻게 되는가? 3. 다시 손으로 잡은 후 꼭 짜본다. 어떻게 되는가? 4. 손가락으로 아주 빨리 표면을 찌를 때와, 아주 천천히 눌렀을 때의 차이점을 체험해보자. 1. 위의 실험 결과 옥수수 녹말과 물의 혼합물이 가지고 있는 특이한 성질을 정리해 보자. 2. 옥수수 녹말과 물의 혼합물의 점성은 에 영향을 받는다고 볼 수 있다. 4) 1oz는 약 28.35g이다

292 Polymer 실험8. 슈퍼볼 만들기 동대문중학교 최숙영 - 잘 튈 수 있는 슈퍼볼을 만들어 본다. - sodium silicate 용액( 물유리 라고 알려져 있음. 약국에서 판매), 에탄올, 계량컵 - sodium silicate는 복용하였을 때 독성이 있다. - 에탄올은 삼켰을 때 치명적이고 인화성이 아주 크므로 불에 가까이 하지 않는다. 1. 작은 계량컵에 sodium silicate용액 20mL를 붓 는다. 2. 여기에 에탄올 10mL를 첨가한다. 3. 젤라틴과 같은 물질이 만들어질 때까지만 젓는 다. 4. 손으로 꺼내어 휴지 위에 올려놓고 남은 액체 가 흡수되게 한다. 손으로 꼭 짜준다. sodium silicate와 에탄올 수퍼볼 5. 휴지를 치운다. - 만일 조각조각 부서진다면 하 나로 뭉쳐질 때까지 더 큰 힘을 주어야 한다. 물에 헹군 후, 손으로 공 모양을 만들어 준다. 가장 좋은 방법으로 실험을 수행해 본다. - sodium silicate와 에탄올은 결합하여 유리 형태의 폴리머를 형성한다. 이 물질은 처음에는 고 체로 보이지만, 실제로는 매우 느리게 흐르는 액체이다. 이 물질을 가만히 놓아두었을 때 시간이 흐른 뒤 평평해지게 되는 것을 보면 알 수 있다. 이렇게 만들어진 공은 튈 수 있지만, 너무 세게 튕기면 부서질 수도 있다. 건조되지 않도록 공기가 통하지 않는 용기에 보관해야 한다

293 Light 실험1. Black light로 형광 관찰하기 동대문중학교 최숙영 - black light를 이용하여 염료들의 형광 현상을 관찰해 본다. - black light(자외선램프), 형광펜, 크레용, 또는 페인트 - black light를 직접 보지 않도록 한다. 자외선은 눈에 아 주 해롭다. 1. 형광펜, 크레용 또는 페인트로 그림을 그린다. 2. 완전히 어두운 방에 들어가서 black light만 켜고 그 그림을 관찰한다. 빛을 내거나 형광 현상 을 나타낼 것이다. - black light는 긴 파장의 자외선 에너지를 사용한다. 짧은 파장의 자외선만큼 몸에 해롭지는 않 지만, 이 빛을 직접 응시하지 않도록 조심해야 한다. 자외선 빛은 눈에 보이지 않는다. black light 는 가시광선 스펙트럼의 보라색 영역인데 이는 스펙트럼의 자외선 영역의 경계부분이다. 형광펜, 페인트와 크레용은 모두 형광 염료를 함유하고 있는데, 이러한 형광 염료는 자외선 빛을 흡수한 후, 즉시 가시광선만큼의 에너지를 방출한다. 이 때문에 black light를 비추면 아주 밝은 색을 나 타내는 것이다. 형광은 어떤 파장의 에너지를 흡수하여 즉시 또 다른 파장의 에너지를 방출하는 성질이다. 이러한 경우에 눈에 보이지 않는 자외선 에너지가 흡수되자마자 가시광선이 방출되는 것이다

294 Light 실험2. 표백 세제의 원리는? 동대문중학교 최숙영 - 세탁용 세제들이 세탁물을 선명하게 할 수 있는 이유에 대해 알아본다. - black light(자외선램프), 다양한 종류의 세탁용 세제 용기, 가루 세제 샘플, 액체 세제 샘플, 검은색 도화지, 흰색 옷 - 세탁용 세제는 복용하였을 때 독성이 있고, 눈을 자극할 수 있다. - black light를 직접 보지 마시오.(자외선 빛은 눈에 해로울 수 있다.) 1. 완전히 어두운 방에서 black light를 켜고 각종 세탁용 세제 용기들을 관찰한다. 용기의 대부분 은 형광을 나타낸다. 2. 검은색 도화지에 가루 세제를 뿌리고 black light를 켜고 관찰한다. 3. 액체 세제에 대해서도 반복해 본다. 4. black light를 켜고, 세제로 세탁한 흰 옷을 관찰해 본다. 옷이 매우 잘 보일 것이다. - 대부분의 세탁용 세제들은 black light에서 쉽게 볼 수 있는 형광 염료를 함유하고 있다. 이러한 염료들은 옷의 흰 색을 더 희게 보이게 한다. 그러나 이 염료들의 효과를 확인하기 위하여 굳이 black light를 사용할 필요는 없다. 왜냐하면 햇빛의 약 10%가 자외선이기 때문이다. 다만 옷에 남 아있는 세제처럼 아주 적은 양의 염료에서 형광 현상을 관찰하기 위해서는 black light가 필요하다. 이 같은 염료들은 이상하게도 세제 용기를 만드는 데에도 사용된다

295 Light 실험3. 손을 잘 씻을 수 있는 방법은? 동대문중학교 최숙영 - black light를 사용하여 손을 잘 씻을 수 있는 방법을 알아본다. - black light(자외선램프), Glo Germ oil(glo Germ 회사 제품) - black light를 직접 보지 않는다. 자외선은 눈에 해롭다. 1. 적은 양의 Glo Germ oil을 손에 뿌리고 잘 문지른다. 2. 방을 완전히 어둡게 하고 black light를 켠 후 관찰한다. 밝은 오렌 지색으로 빛날 것이다. 3. 비누로 손을 잘 씻은 후, 헹구 고 말린다. 4. 다시 방을 어둡게 하고 black light 아래에 손을 놓는다. 잘 씻기지 않은 점들이 형광 현상을 나타낼 것이다. - 이 실험은 우리가 손을 잘 씻는다는 것이 얼마나 효과가 없는 지를 아주 잘 보여준다. Glo Germ oil의 자국을 지우기 위해서는 아주 많이 문질러야 한다. Glo Germ oil은 형광을 아주 잘 나타내는 물질이므로, black light 아래에서 밝게 빛난다. 8 oz 짜리 한 병이 $14.95로 가격이 좀 비싸긴 하지만, 투자할 만한 가치가 있다. 한 병 정도로 이 실험을 백 번 정도 되풀이 할 수 있다

296 Light 실험4. Lifesaver의 불빛 동대문중학교 최숙영 - lifesaver가 어떻게 빛을 내는지를 알아본다. - 펜치(plier), Wintergreen Lifesaver(미국에서 판매되는 사탕 이름, 다른 사탕은 잘 되지 않는다 고 알려져 있다.) 1. 완전히 어두운 방에서 펜치로 Wintergreen Lifesaver를 부순다. 2. 불빛이 반짝거리는 것을 볼 수 있다. - Wintergreen Lifesaver는 설탕 결정으로 구성되어 있다. 이러한 설탕 결정이 깨질 때, 에너지 가 빛의 형태로 방출되는 것이다. 이 과정을 마찰 발광(triboluminescence) 이라고 한다

297 저자에 대하여 - Brian Rohrig는 오하이오 주립 대학(Ohio State University)에서 농업으로 학사 학위를 받고, 과학교육에 대한 대학원 과정을 이수하였다. 그는 현재 오하이오주 오로라에 위치한 오로라고등학 교(Aurora High School)에서 화학을 가르치고 있다. Brian은 화학의 발전을 위해 활동적으로 연 구하고 있으며 초등학교와 지역 교회에서 자주 화학 마술 쇼를 하고 있다. 그는 Creative Chemistry Concepts를 창설하여 초등학생과 중학생을 위한 여름 화학 캠프를 개최하기도 하였다. Brian은 현재 오하이오주 Cuyahoga Falls에 살고 있다. 그는 결혼하여 세 명의 자녀를 두고 있다. 삽화가에 대하여 - Lydia Cooper는 현재 오하이오주 Akron에 있는 University of Akron에 다니고 있다. 그녀는 현재 영어를 전공하고 있다. 그녀는 졸업 후 소설가가 되려는 계획을 가지고 있다. 9남매 중 하나 인 Lydia는 현재 오하이오주 Cuyahoga Falls에서 가족과 함께 살고 있다

298

299

300 제1장 A demo a day 실험1. 콘택트렌즈 데모 동호정보공업고등학교 하은경 [email protected] - 학생들에게 실험실에서 콘택트렌즈를 착용하는 것이 왜 안전하지 않은 지를 보여준다. - 안전 눈(eyes) - OHP, acetate flim(2장), 영구마커, 식용색소(짙은 색), 세척병, 점안기(스포이트) - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 필름 한 장에 안구의 전면 윤곽(눈)을 그린다. 2. 다른 필름 한 장에서 원형의 콘택트렌즈 를 오려낸다. 1. 안구를 그린 필름 종이를 OHP위에 두고 그려 놓았던 안구의 동공 위에 오려낸 콘택트렌즈 를 올려둔다 방울의 식용 색소를 콘택트렌즈 의 가장 자리에 떨어뜨리고, 모세관 현상으로 렌즈 밑에 서 색소가 어떻게 퍼져나가는 가를 관찰한다. 3. 세척병으로 색소를 닦아내고 종이타월로 빨아들인 후에도 일부의 색소 용액이 렌즈 밑에 남아있는 것을 관찰한다

301 - 필요 없음 - 여러 대학과 산업현장의 실험실에서는 실험하는 사람들을 위험에서 보호하기 위해 콘택트렌즈 의 착용을 금지하고 있다. 이렇게 하는 것에는 많은 이유가 있다. 몇몇 렌즈들은 공기 중 의 기체 를 흡수하고, 어떤 경우에는 렌즈 착용자의 눈에서 기체들을 즉시 녹이기도 한다. 만약 무엇인가 눈에 튀게 되면 렌즈 착용을 금지하는 주요한 이유는 렌즈의 반응에 집중되어 있다. 바로 전의 안식처 인 보호자의 역할 대신에 렌즈는 결함이 있는 물질들을 가장 해를 줄 수 있는 동공으로 갖고 오는 반응을 한다. BOb Lewis, Downers Grove North High School, Downers Grove, IL, at Woodrow wilson Chemistry 5 Institute. John Brodemus, Richards, High School, Oak Lawn, IL

302 학생활동지 실험1. 콘택트렌즈 데모 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 실험실에서 콘택트렌즈를 착용하는 것이 왜 안전하지 않은 지를 알아봅시다. - 안전 눈(eyes) - OHP, acetate flim(2장), 영구마커, 식용색소(짙은색), 세척병, 점안기(스포이트) - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 필름 한 장에 안구의 전면 윤곽(눈)을 그린다. 2. 다른 필름 한 장에서 원형의 콘택트렌즈 를 오려낸다. 1. 안구를 그린 필름 종이를 OHP위에 두고 그려 놓았던 안구의 동공 위에 오려낸 콘택트렌즈 를 올려둔다. 2. 1~2 방울의 식용 색소를 콘택트렌즈 의 가장 자리에 떨어뜨린 후, 색소 방울이 렌즈 밑 에서 어떻게 되는지 관찰한 것을 적어보자

303 3. 세척병의 물을 몇 방울 떨어뜨려 색소를 닦아내고 종이타월로 빨아들인 후 렌즈 밑이 깨끗한 가? 또는 무엇이 남아 있는가? 1. 렌즈 밑에서 색소가 퍼져 나가는 이유는 무엇일까? 2. 위의 실험을 통하여 실험실에서 렌즈를 착용하지 못하게 하는 이유를 설명해보자. - 여러 대학과 산업현장의 실험실에서는 실험하는 사람들을 위험에서 보호하기 위해 콘택트렌즈 의 착용을 금지하고 있다. 이렇게 하는 것에는 많은 이유가 있다. 몇몇 렌즈들은 공기 중의 기체 를 흡수하고, 어떤 경우에는 렌즈 착용자의 눈에서 기체들을 즉시 녹이기도 한다. 만약 무엇인가 눈에 튀게 되면 렌즈 착용을 금지하는 주요한 이유는 렌즈의 반응에 집중되어 있다. 바로 전의 안식처 인 보호자의 역할 대신에 렌즈는 결함이 있는 물질들을 가장 해를 줄 수 있는 동공으로 갖고 오는 반응을 한다

304 실험2. 시리얼에서 금속 철 분리 동호정보공업고등학교 하은경 - 건조한 아침 시리얼에서 금속 철을 추출한다. - 금속 자성 - 비커 1000mL, 철 강화된 시리얼(미국산 시리얼 또는 국내산 중 철 함량이 높은 것), 온수, 마그 네틱 바, 자석교반기, 증류수, 증류수병, (주의사항: 환원된 철 또는 철 에 대한 시리얼 상표를 확인하라. 몇몇 시리얼은 금속 철 대신 철 화합물을 사용한다.) - 실험실에서는 음식물을 먹지 않는다. 일단 식품이 실험실에 반입되면 그것은 화학약품으로 간주 되며 먹기에 안전하지 않다. 화학약품이 튀는 것을 방지하는 고글을 쓰고 항상 실험 중에는 실험 실 안전 수칙을 따른다. 1. 철분 강화 시리얼 2-3컵을 으깨어 1000mL 비커에 넣는다. 1. 시리얼이 든 비커에 충분한 양의 따뜻한 물을 부어 750mL까지 채운다. 2. 큰 마그네틱 바를 떨어뜨리고 비커를 교반기 위에 몇 분 동안 둔다. 3. 마그네틱 바를 꺼내어 증류수로 조심스럽게 씻어낸 후 붙은 검은 철을 관찰한다. 4. 이 실험을 2-3종류의 다른 시리얼과 동시에 진행하여 철 함량의 차이점을 보여줄 수 있다. 5. 다른 방법: 자석과 한 그릇의 시리얼을 포함한 플라스틱 봉지를 1-2분 동안 흔든 후 자석 을 회수하여 자석에 붙은 검은 철을 보여준다.(철의 함량이 매우 높은 미국산 시리얼에서 가 능함)

305 - 고체는 여과 후 쓰레기통에 버리고 용액은 과량의 물을 부어 배수구로 씻어 내린다. - 많은 시리얼 회사들은 고운 가루로 된 철을 시리얼에 첨가한다. 대부분의 사람들은 시리얼이 원소 형태의 철이 아닌 녹을 수 있는 이온 형태의 철로 강화되었다고 추측한다. 일단 시리얼 의 철을 섭취하면 철은 소화관에서 산과 결합하여 차례대로 몸에 흡수되는 철 이온을 형성한다

306 학생활동지 실험2. 시리얼에서 금속 철 분리 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 건조한 아침 시리얼에서 금속 철을 추출해보자. - 금속 자성 - 비커 1000mL, 철 강화된 시리얼(미국산 시리얼 또는 국내산 중 철 함량이 높은 것), 온수, 자석 막대, 자석교반기, 증류수, 증류수병 - 실험실에서는 음식물을 먹지 않는다. 일단 식품이 실험실에 반입되면 그것은 화학약품으로 간주되며 먹기에 안전하지 않다. 화학약품이 튀는 것을 방지하는 고글을 쓰고 항상 실험 중에는 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 철분 강화 시리얼 2-3컵을 으깨어 1000mL 비커에 넣는다. 1. 시리얼이 든 비커에 충분한 양의 따뜻한 물을 부어 750mL까지 채운다. 2. 큰 자석 막대를 떨어뜨리고 비커를 교반기 위에 몇 분 동안 둔다. 3. 자석 막대를 꺼내어 증류수로 조심스럽게 씻어낸 후 관찰한 것을 적어보자

307 4. 다른 종류의 시리얼에서도 같은 방법으로 실험한 후 관찰한 것을 적어보자. 1. 실험을 통해 철 강화된 시리얼에 원소 형태의 철이 들어 있음을 확인 할 수 있는가? - 많은 시리얼 회사들은 고운 가루로 된 철을 시리얼에 첨가한다. 대부분의 사람들은 시리얼이 원소 형태의 철이 아닌 녹을 수 있는 이온 형태의 철로 강화되었다고 추측한다. 일단 시리얼 의 철을 섭취하면 철은 소화관에서 산과 결합하여 차례대로 몸에 흡수되는 철 이온을 형성한다

308 실험3. 발열 반응 동호정보공업고등학교 하은경 - 많은 화학 반응은 에너지 변화를 포함하며 이러한 발열 반응은 생성물로서 열을 방출한다. - 열역학, 발열 반응, 열량 측정법, 열, 온도 변화 - 분말형 손난로(철+활성탄소+소금), 액체형 손난로(아세트산나트륨 과포화용액), 스티로폼 컵, 온도계 - 분말형과 액체형 손난로 모두 몇 학생들은 이것들이 꽤 뜨겁다고 알겠지만 다루기에 안전하다. 학생들에게 뜨겁다는 것을 주의시킨다. 만약 너무 뜨거우면 타월로 감쌀 수 있으며 이렇게 감싸진 손난로의 타월을 풀지 않는다. 실험 중에는 고글을 쓰고 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 분말형과 액체형 손난로를 학생들에게 차례로 돌려 보게 하여 실온임을 알게 한다. 2. 이 실험을 왜 할 것인가를 설명한 후에 반응을 시작한다. 3. 분말형과 액체형 손난로를 학생들에게 다시 돌려서 반응이 정말로 발열 반응인지를 확실히 알 게 한다. 4. 이 실험의 부가적인 활동으로써 액체형 손난로를 사용하여 방출된 열을 측정할 수 있다. 5. 못이 녹스는 현상조차도 훨씬 느리지만 같은 양의 열을 방출함을 알려준다

309 - 분말형 손난로는 안전하게 쓰레기통에 버린다. 액체형 손난로는 여러 번 재활용 될 수 있으며 그 후에 쓰레기통에 안전하게 버린다. - 화학 반응이 열을 방출할 때가 발열 반응이다. 이 열은 화학 결합이 끊어지거나 다시 만들어질 때 방출된다. 만약 새로운 생성물의 에너지양이 반응물의 에너지양보다 적으면, 남은 에너지는 주 위로 방출될 것이며 측정될 수 있다. 많은 발열 반응은 바비큐 숯불, 가정에서의 가스레인지의 불 꽃이나 타는 성냥 또는 라이터처럼 친근하고 명백하다. 다른 발열 반응은 더 포착하기 어렵고 뚜 렷한 정도가 덜 하다. 분말형 손난로는 몇몇 학생들에게 친근하다. 액체형 손난로는 또 다른 학생 들에게 친근하다. 분말형이나 액체형 손난로는 상대적으로 안전하여 교실에서 차례로 만져 볼 수 있다. 분말형 손난로는 철이 공기 중의 산소와 반응하여 철 산화물이 만들어질 때 열이 방출된다. 액체형 손난로는 나트륨 아세테이트 과포화 용액의 재결정 작용으로 액체에서 고체로 변할 때 응 고열이 방출된다. 액체형 손난로를 찬 물이 든 컵에 담가서 이 실험의 부가적 활동으로써 온도 상 승을 측정함으로써 몇 가지 기본적인 열을 측정할 수 있다. - Chemfax No. 1933, Flinn Scientific, Inc., Batavia, IL,

310 학생활동지 실험3. 발열 반응 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 많은 화학 반응에 에너지 변화가 포함되는데 이러한 발열 반응이 생성물로서 열을 방출함을 알아보자. - 열역학, 발열 반응, 열량 측정법, 열, 온도 변화 - 분말형 손난로(철+활성탄소+소금), 액체형 손난로(아세트산나트륨 과포화용액), 스티로폼컵, 온 도계 - 분말형과 액체형 손난로 모두 몇 학생들은 이것들이 꽤 뜨겁다고 알겠지만 다루기에 안전하다. 학생들에게 뜨겁다는 것을 주의시킨다. 만약 너무 뜨거우면 타월로 감쌀 수 있으며 이렇게 감싸진 손난로의 타월을 풀지 않는다. 실험 중에는 고글을 쓰고 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 반응 전의 분말형과 액체형 손난로의 온도가 교실의 온도와 같다고 할 수 있는가? 2. 분말형 손난로의 겉 비닐을 벗기고 흔들어서 반응이 일어나게 한다. 3. 액체형 손난로 안에 든 똑닥이를 꺾어 주어 반응이 일어나게 한다. 4. 반응 후의 분말형과 액체형 손난로를 만져보았을 때 열이 방출되는가?

311 5. 액체형 손난로를 찬물이 든 스티로폼 컵에 넣었을 때 측정한 온도는 몇 인가? 6. 액체형 손난로를 반응시킨 후 측정한 최고 온도는 몇 인가? 1. 분말형 손난로는 어떤 원리로 열을 방출하는 것일까? 2. 액체형 손난로는 어떤 원리로 열을 방출하는 것일까? - 화학 반응이 열을 방출할 때가 발열 반응이다. 이 열은 화학 결합이 끊어지거나 다시 만들어질 때 방출된다. 만약 새로운 생성물의 에너지양이 반응물의 에너지양보다 적으면, 남은 에너지는 주 위로 방출될 것이며 측정될 수 있다. 많은 발열 반응은 바비큐 숯불, 가정에서의 가스레인지의 불 꽃이나 타는 성냥 또는 라이터처럼 친근하고 명백하다. 다른 발열 반응은 더 포착하기 어렵고 뚜 렷한 정도가 덜 하다. 분말형 손난로는 몇몇 학생들에게 친근하다. 액체형 손난로는 또 다른 학생 들에게 친근하다. 분말형이나 액체형 손난로는 상대적으로 안전하여 교실에서 차례로 만져 볼 수 있다. 분말형 손난로는 철이 공기 중의 산소와 반응하여 철 산화물이 만들어질 때 열이 방출된다. 액체형 손난로는 나트륨 아세테이트 과포화 용액의 재결정 작용으로 액체에서 고체로 변할 때 응 고열이 방출된다. 액체형 손난로를 찬 물이 든 컵에 담가서 이 실험의 부가적 활동으로써 온도 상 승을 측정함으로써 몇 가지 기본적인 열을 측정할 수 있다

312 실험4. 이산화탄소 소화기(위에서 아래로) 동호정보공업고등학교 하은경 - 뜨거운 이산화탄소는 산소보다 밀도가 작아서 위에서부터 아래로 촛불을 끈다. - 기체 특성, 온도 효과, 밀도, 연소 - 양초(3~4개) 보드지(12cm 20cm) 또는 나무판 입구가 넓은 병(2L 비커) 글루건 - 가연성 물질들을 불꽃에서 멀리 두고, 고글을 쓰며 실험 중에는 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 3~4개의 양초 뒷면을 글루건을 사용하여 보드지에 붙인다. 2. 양초들은 다른 양초의 바로 아래에 놓이지 않도록 수평으로 엇갈리게 배열되어야 한다. (또는 3~4개의 높이가 다른 양초를 사용할 수도 있다 ) 1. 불이 켜지지 않은 양초 옆에 커버(입구 넓은 병이나 2L 비커)가 사용되도록 놓아둔다. 2. 학생들에게 어떤 양초가 먼저 꺼질 것인가를 예측하여 쓰게 하고 왜 그러한 예측이 일어날 것 인가를 설명하게 한다. 3. 모두의 예측이 끝난 후, 초에 불을 붙이고 입구 넓은 병이나 2L 비커를 양초가 고정된 보드지 위에 엎어 놓는다. (병이 넓으면 모든 양초가 꺼지는 데 시간이 더 걸릴 것이다.)

313 - 필요 없음 - 양초는 산소와 결합하여 이산화탄소와 물을 만든다. 반응물인 산소는 실온에 있다. 생성물인 이산화탄소는 약 275 의 온도에 있다. 산소의 밀도는 25 에서 1.31g/L 이고, 이산화탄소의 밀도 는 275 에서 0.978g/L 이다. 그러므로 연소가 시작된 후, 산소는 따뜻한 이산화탄소보다 밀도가 더 크기 때문에 그릇의 바닥에 있을 것이다. Ruff, Patricia. "Three Candle Demonstration" in Demo Den 1992-A Series of Chemical Demonstrations; Chemistry Teachers' Alliance Group, Millburn, NJ

314 학생활동지 실험4. 이산화탄소 소화기(위에서 아래로) 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 뜨거운 이산화탄소가 산소보다 밀도가 작아서 위에서부터 아래로 촛불이 꺼짐을 알아보자. - 기체 특성, 온도 효과, 밀도, 연소 - 양초(3~4개) 보드지(12cm 20cm) 또는 나무판 입구가 넓은 병(2L 비커) 글루건 - 가연성 물질들을 불꽃에서 멀리 두고, 고글을 쓰며 실험 중에는 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 3~4개의 양초 뒷면을 글루건을 사용하여 보드지에 붙인다. 2. 양초들은 다른 양초의 바로 아래에 놓이지 않도록 수평으로 엇갈리게 배열되어야 한다. (또는 3~4개의 높이가 다른 양초를 사용할 수도 있다 ) 1. 불이 켜지지 않은 양초 옆에 커버(입구 넓은 병이나 2L 비커)가 사용되도록 놓아둔다. 2. 어떤 양초가 먼저 꺼질 것인가를 예측하고 왜 그러한 예측을 하게 되었는가 적어보자

315 3. 모두의 예측이 끝난 후, 초에 불을 붙이고 입구 넓은 병이나 2L 비커를 양초가 고정된 보드지 위에 엎어 놓는다. 양초의 불이 꺼지는 순서를 관찰하고 적어보자. 1. 양초의 불이 위에서부터 아래로 꺼지는 이유는 무엇일까? - 양초는 산소와 결합하여 이산화탄소와 물을 만든다. 반응물인 산소는 실온에 있다. 생성물인 이 산화탄소는 약 275 의 온도에 있다. 산소의 밀도는 25 에서 1.31g/L 이고, 이산화탄소의 밀도는 275 에서 0.978g/L 이다. 그러므로 연소가 시작된 후, 산소는 따뜻한 이산화탄소보다 밀도가 더 크기 때문에 그릇의 바닥에 있을 것이다

316 실험5. 이산화탄소 소화기(아래에서 위로) 동호정보공업고등학교 하은경 - 기체 이산화탄소를 여러 개의 불 켜진 초가 담긴 용기에 부으면 양초는 아래에서부터 위로 꺼 진다. - 기체 특성, 온도 효과, 승화, 밀도 - 양초(6개) 보드지(30cm 50cm) 또는 나무판 글루건 수조(20L) 양동이(10L) 장갑, 드라이아이스 - 드라이아이스는 장갑을 끼고 다룬다. 가연성 물질들을 타는 불꽃에서 멀리 둔다. 드라이아이스 를 밀폐된 용기에 두지 않는다. 실험 중에는 고글을 쓰고 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 높이가 다른 6개의 양초들을 글루건을 사용하여 보드지에 붙인다. 2. 양초가 붙어 있는 보드지를 수조에 수직으로 놓는다. 3. 양동이의 반을 드라이아이스로 채우고 약 10분 동안 방해받지 않게 놓아 두어 양동이가 이산화 탄소 기체로 차게 한다. 1. 양초에 불을 붙이고 이산화탄소 기체를 수조에 천천히 붓는다. 2. 양초는 차례차례 아래에서 위로 꺼질 것이다

317 - 남은 드라이아이스는 승화되게 한다. - 이산화탄소(드라이아이스)는 -79 에서 승화한다. 이온도에서 이산화탄소의 밀도는 1.56g/L 이다. 산소의 밀도는 25 에서 1.31g/L 이다. 밀도가 더 큰 기체인 이산화탄소를 여러 개 의 불 켜진 양초를 담은 그릇에 부으면, 양초는 아래에서부터 위로 차례대로 꺼진다. Alyea, H. N. J. Chem. Ed. 1965,

318 실험6. 캔을 압착하기 동호정보공업고등학교 하은경 - 공기의 압력이 알루미늄 캔을 압착시키는데 사용된다. - 압력, 기체의 특성, 기체 법칙 - 알루미늄 캔, 핫 플레이트, 얕은 남비 또는 그릇, 비커 집게 - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 얕은 그릇이나 냄비를 찬물로 채운다. 2. 약 10mL 의 물을 알루미늄 캔에 붓고 물이 끓을 때까지 열을 가한다. 3. 재빨리 알루미늄 캔을 물이 든 냄비위에 뒤집어서 캔의 입구가 물 아래로 잠기도록 한다. 4. 캔은 즉시 공기의 압력 하에서 찌그러진다

319 - 사용된 캔은 재활용되어져야 한다. - 공기는 질량을 갖고 부피를 차지하기 때문에 물질이다. 공기가 질량을 갖기 때문에 압력을 가한 다. 만약 부분적인 진공이 사이다 캔에 만들어지면 공기의 압력이 캔을 압착시킨다. 진공은 캔 안 에 있는 수증기가 빠르게 응결되면서 만들어진다. 기체 상태로부터의 부피 감소의 정도는 1/600에 서 1/1000 이다

320 학생활동지 실험6. 캔을 압착하기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 공기의 압력으로 알루미늄 캔이 압착됨을 알아보자. - 압력, 기체의 특성, 기체 법칙 - 알루미늄 캔, 핫 플레이트, 얕은 냄비 또는 그릇, 비커 집게 - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 얕은 그릇이나 냄비를 찬물로 채운다. 2. 약 10mL 의 물을 알루미늄 캔에 붓고 물이 끓을 때까지 열을 가한다. 3. 재빨리 알루미늄 캔을 물이 든 냄비위에 뒤집어서 캔의 입구가 물 아래로 잠기도록 한다. 4. 찬물에 담긴 알루미늄 캔의 모양이 어떻게 변하는가? 1. 알루미늄 캔이 사방으로 압착되어 찌그러지는 이유는 무엇일까? - 공기는 질량을 갖고 부피를 차지하기 때문에 물질이다. 공기가 질량을 갖기 때문에 압력을 가한 다. 만약 부분적인 진공이 사이다 캔에 만들어지면 공기의 압력이 캔을 압착시킨다. 진공은 캔 안 에 있는 수증기가 빠르게 응결되면서 만들어진다. 기체 상태로부터의 부피 감소의 정도는 1/600에 서 1/1000 이다

321 실험7. 러더퍼드 산란 동호정보공업고등학교 하은경 - 탁구공과 원자 모형을 사용하여 러더퍼드 산란을 설명 한다. - 원자설, 원자구조, 원자 - 검은 상자(금속박 샘플): 베니어판(45 45cm) 또는 보드지(18 18inches), 맞춤 못(4개) 또는 작은 나무 블럭, 탁구공(약10개) - 특별한 유의사항은 필요 없지만 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 금속박을 대신하기 위해 검은 상자를 다음과 같이 준비한다. 2. 사각형 조각의 길이 약 45cm 정도의 베니어판이나 보드지를 마련한다.(사이다 상자도 좋고 즉 시 사용 가능하다.) 3. 보드지 중앙에 약 0.5cm 직경의 목표물을 고정시키며, 이것은 글루건으로 붙여지거나 단단히 고정되어서 그 위치를 학생 관찰자들이 알지 못해야 한다. 4. 보드지를 바닥에서 충분히 높이 올려서 탁구공이 쉽게 한 면에서 다른 면으로 굴러가도록 한다. 4. 모서리 지지대는 몇 개의 맞춤 못이나 작은 나무 블록으로 만들 수 있다. 만약 사이다 상자를 사용하면, 측면 판지를 떼어내기 전에 판지에서 약 1cm 정도로 모서리를 자를 수 있다. 5. 대안으로 더 영구적인 판은 베니어판으로 만들 수 있으며 판 두께의 절반을 뚫은 얕은 구멍에 목표물이 삽입된다. 베니어판의 모서리는 다른 맞춤 못으로 받쳐질 수 있다

322 1. 판이나 보드지를 바닥에 두고 학생들이 확실히 잘 볼 수 있도록 주변에 둘러서도록 한다. 2. 탁구공들을 빨리 판의 한 면에서 굴려서 다른 면이나 끝으로 가게 한다. 공을 멈추게 하기 위 해 벽 쪽으로 굴리는 것이 가장 좋다. 3. 목표물에 직접 부딪치는 공들과 목표물의 면에서 빗나간 공들이 어떻게 되는가를 관찰한다. 4. 대안적인 활동은 공의 진로를 표시하여 부딪치는 빈도가 낮음을 보여주는 것이다. 학생들에게 목표물이 어디에 있으며 그것이 얼마나 큰지를 예측하게 한다. 기억할 것은 이것이 검은 상자이므 로 정말로 그곳에 무엇이 있는지 학생들에게 보여주지 말아야 한다. - 다른 학급과 내년을 위해 만든 것을 보관한다. - 러더퍼드가 알파 입자들을 얇은 금박 종이에 쏘았을 때, 대부분의 입자들이 간섭을 받지 않고 직진했음을 관찰하여 원자는 고체의 구라는 개념에 대한 반증을 하였다. 그러나 몇 입자들은 측면 으로 방향을 바꾸었고 심지어 매우 적은 입자들은 튀어 되돌아 왔다. 결론은 원자는 핵이라 부르 는 작고 양전하를 띤 밀집된 중심 입자를 가진 거의 빈 공간이라는 것이었다. 방향을 바꾼 알파 입자들은 핵에 매우 가까이 갔을 때 양전하에 의해 빗나가게 된 것이고 반면에 되돌아온 입자들 은 핵으로부터 튀어나온 것이다. George Gross, Union High School, Union, New Jersey

323 학생활동지 실험7. 러더퍼드 산란 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 탁구공과 원자 모형을 사용하여 러더퍼드 산란을 설명해보자. - 원자설, 원자구조, 원자 - 검은 상자(금속박 샘플): 베니어판(45 45cm) 또는 보드지(18 18inches), 맞춤 못(4개) 또는 작은 나무블럭, 탁구공(약10개) - 특별한 유의사항은 필요 없지만 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 목표물이 고정된 베니어판이나 보드지를 바닥에 두고 확실히 잘 볼 수 있도록 주변에 둘러선다. 2. 탁구공들을 빨리 판의 한 면에서 굴려서 다른 면이나 끝으로 가게 한다. 공을 멈추게 하기 위 해 벽 쪽으로 굴리는 것이 가장 좋다. 3. 탁구공들을 빨리 굴린 후에 공들이 판의 반대쪽으로 거의 일직선으로 움직였는가? 아니면 목표 물에 부딪치거나 빗나가서 방향이 바뀐 공들이 있는가?

324 4. 공의 진로를 표시하여 목표물에 직접 부딪쳐서 방향이 많이 바뀌는 공들의 수를 세어보자. (여러 번 실험하여 평균을 구한다.) 5. 목표물에 직접 부딪쳐서 방향이 많이 바뀌는 공들의 빈도와 경로를 통하여 목표물의 위치와 크 기를 예측해보자. 1. 위의 실험은 러더퍼드의 산란 실험을 모형으로 만든 것이다. 탁구공을 알파 입자로 판을 원자 로 목표물을 원자핵으로 가정하고 원자의 구조를 설명해보자. - 러더퍼드가 알파 입자들을 얇은 금박 종이에 쏘았을 때, 대부분의 입자들이 간섭을 받지 않고 직진했음을 관찰하여 원자는 고체의 구라는 개념에 대한 반증을 하였다. 그러나 몇 입자들은 측면 으로 방향을 바꾸었고 심지어 매우 적은 입자들은 튀어 되돌아 왔다. 결론은 원자는 핵이라 부르 는 작고 양전하를 띤 밀집된 중심 입자를 가진 거의 빈 공간이라는 것이었다. 방향을 바꾼 알파 입자들은 핵에 매우 가까이 갔을 때 양전하에 의해 빗나가게 된 것이고 반면에 되돌아온 입자들 은 핵으로부터 튀어나온 것이다

325 실험8. 파동 발생기 동호정보공업고등학교 하은경 - 빛의 속력(c=λυ)이 일정할 때, 파장과 진동수의 관계를 설명한다. - 파동 특성, 빛의 속도 - 파일폴더(표준 편지 크기,A4), 마커(영구 투명), 투명 종이(깨끗한 것), 가위, 마스킹테이프 (1/2inch넓이), OHP - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 마스킹 테이프 조각들을 투명 종이위에 놓고 테이프 사이의 공간을 1/2 inch 두어 테이프를 짧 은 8.5inch(가로) 방향으로 붙인다. 2. 두 테이프 조각 사이의 첫 번째 공간을 붉게 칠한다. 3. 파일 폴더를 열고 파일을 편편하게 둔다. 파일 폴더의 종이 한 면에 두 개의 파동, 하나는 긴 파장과 낮은 진동수를 다른 하나는 짧은 파장과 높은 진동수를 가진 파동을 그린다. (첫번째가 λ =1이면 두 번째는 λ=5가 된다.) 파동을 폴더의 길이 11inch(세로) 방향에 평행하게 하고 두 파동 의 고도는 같게 그린다. 4. 파동을 잘 드는 가위로 끝에서 끝까지 자른다. 그러나 폴더의 끝을 통과하여 모두를 자르지 않 는다. 먼저 자른 것에서 다시 약 3mm 떨어져서 파동을 잘라서 빛이 통과하도록 한다. 이것은 약 간의 실습이 필요할지 모른다. 정밀한 가위가 가장 좋다. 1. 실험해야 할 개념(c=λυ)에 관하여 학생들과 토론하고 칠판에 식을 적는다. 2. 파일 폴더를 OHP위에 두고 열어서 파동이 스크린에 보이게 한다. 두 파동의 차이점을 토론한다. 3. 투명 종이를 파일 폴더 종이 아래에 두고 붉은 선이 파동의 한 끝을 통과하여 보이게 한다. 투

326 명 종이를 천천히 파동을 가로질러 끌어당기면, 붉은 빛의 선이 일정한 속력으로 나아가나 높은 진동수의 짧은 파장의 파동은 5개의 사인파를 만들고, 낮은 진동수의 긴 파장의 파동은 단지 한 개의 사인파를 만드는 것을 본다. - 내년에 사용되도록 만든 것을 보관한다. - 전자기적 복사는 일정한 속력, c로 나아가고, 복사는 파동처럼 전해진다고 가정된다. 파동은 2가 지 주요한 변수 특성 즉, 파장과 진동수를 갖는다. 속력=진동수 파장(c=λυ) 이다. 속력이 일정하기 때문에 진동수와 파장은 반비례한다. 한 쪽이 커질수록 다른 쪽이 작아져야 한다. George R. Hague, St. Mark's School, Dallas, TX

327 학생활동지 실험8. 파동 발생기 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 빛의 속력(c=λυ)이 일정할 때, 파장과 진동수의 관계를 설명해보자. - 파동 특성, 빛의 속도 - 파일폴더(표준 편지 크기,A4), 마커(영구 투명), 투명 종이(깨끗한 것), 가위, 마스킹테이프 (1/2inch넓이), OHP - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 실험해야 할 개념(c=λυ)에서 c, λ, υ 가 각각 무엇을 나타내는가를 구체적으로 써보고 이 공식 이 무엇을 의미하는지 토론해보자. 2. OHP위에 열어 둔 파일 폴더 종이의 두 파동의 차이점은 무엇인가?

328 3. 투명 종이를 파일 폴더 종이 아래에 두고, 투명 종이를 천천히 파동을 가로질러 끌어당겨 붉은 빛의 선이 일정한 속력으로 나아갈 때 두 파동은 각각 몇 개의 사인파를 만드는가? 1. 위의 실험을 통하여 빛의 속력이 일정할 때 파장과 진동수의 관계를 설명해보자. - 전자기적 복사는 일정한 속력, c로 나아가고, 복사는 파동처럼 전해진다고 가정된다. 파동은 2가 지 주요한 변수 특성 즉, 파장과 진동수를 갖는다. 속력=진동수 파장(c=λυ) 이다. 속력이 일정하기 때문에 진동수와 파장은 반비례한다. 한 쪽이 커질수록 다른 쪽이 작아져야 한다

329 실험9. 타는 철 동호정보공업고등학교 하은경 - 표면적이 반응 속도에 중요함을 보여준다. - 운동, 화학변화, 고체, 산화환원 - 강철솜(아주 미세한), 아세톤, 150mL 비커, 9V배터리(새것), 지퍼 백 - 아세톤은 인화성의 물질로 화재 위험이 있고, 흡입과 섭취 시에 독성이 있다. 적당한 환기시설 과 함께 사용하고 어떤 타는 불꽃이나 점화 요인으로부터 멀리 둔다. 모든 인화성 물질들을 실험 장소에서 멀리한다. 고글을 쓰고, 화학약품을 방지용 장갑을 끼고 앞치마를 두른다. 1. 강철솜을 아세톤에 15-20분간 담근 후 꺼내어 후드에서 밤 동안 마르게 한다. 이렇게 하는 목 적은 보통 강철솜에 존재하여 녹스는 것을 방지하는 오일이나 플라스틱 코팅을 제거하는 것이다. 1. 지퍼 백에 든 소량의 강철솜의 질량을 잰다. 2. 강철솜을 꺼내어 최대로 표면적을 노출하는 것이 효과적이도록 강철솜을 서로 떨어지도록 한다. 3. 분리된 강철솜을 링 스탠드의 클램프에 매단다. 4. 배터리 접촉부분을 강철솜에 닿게 하여 점화시킨다. 강철솜은 쉽게 점화되며 이것은 대부분의 학생들을 놀라게 할 것이다. 5. 약 2분 후에 고체 잔류물은 안전하게 다루어질 수 있다. 그것을 지퍼 백에 담고 질량을 잰다. 학생들에게 질량이 더 커질지 작아질지를 예측하게 한다. 학생들은 보통 더 작아진다고 말하며 연 소된 재에 관해 생각한다. 어떤 학생들은 질량보존 때문에 질량에 변화가 없다고 예측할지 모른 다. 질량은 실제로 산소의 첨가 때문에 늘어난다

330 - 강철솜을 쓰레기통에 버린다. - 대부분의 학생들은 고체의 반응 속도에 대한 표면적의 중요성을 생각하지 못한다. 그래서 철이 탈 수 있는가 를 물으면, 보통의 대답은 아니요 이다. 그러나 만약 고체가 충분히 미세하게 분리 될 수 있으면, 표면적이 많이 늘어나는 것이 빠른 산화 반응을 일어나게 한다. 이 반응은 다음과 같다. 4Fe(s) +3O 2 (g) 2Fe 2 O 3 (s) 철 산화물은 전형적인 녹슨 색 보다는 푸르스름한 회색을 띤다. 이것은 고체 안에 수화하는 물이 부족하기 때문이다. Penney Sconzo, The Westminster School, Atlanta, GA, at Woodrow Wilson TORCH program, Chem

331 실험10. 발광막대의 반응속도 동호정보공업고등학교 하은경 - 학생들에게 반응 속도와 온도와의 관계를 보여준다. - 운동, 반응 에너지, 온도 - 500mL 비커(3개), 얼음, 핫 플레이트, 상업용 발광막대(야광봉) 또는 낚시찌(3개) - 발광막대의 바깥 플라스틱의 구멍을 뚫지 않도록 주의하라. 제조사에 따르면 발광막대 안의 물 질들은 상대적으로 해롭지 않지만 보통의 상식은 용액이 안에 들어 있도록 유지해야 한다는 것이 다. 고글을 쓰고 실험 중에는 실험실 안전수칙을 따른다. 1. 첫째 비커는 얼음물로, 둘째는 실온의 물로, 셋째는 따뜻한 물(60 미만)로 채운다. 2. 발광막대(낚시찌)를 각각의 비커에 두고 온도 평형을 위해 약 3분 동안 둔다. 3. 발광막대에 대한 지시사항들을 따르고 각각의 안쪽 앰플을 부러뜨린다. 4. 뜨거운 물에 있었던 막대가 실온의 물에 있던 막대보다 밝으며 찬 물에 있던 막대보다 훨씬 더 밝을 것이다. 5. 발광막대들은 이기적인 수명을 갖는다. 더 오래된 것들은 또한 잘 작용하지 못한다. 발광 막대 들은 약 1년 후에는 힘을 잃기 시작하고 약 4년 후에는 전혀 반응하지 못한다. 신선한 발광막대를 사용한다. 밝은 녹색/노랑 발광막대가 더 잘 작용하는 것 같다.(시간을 절약하기 위해서는 발광막 대를 먼저 가열하거나 차갑게 한다.)

332 - 사용한 발광막대를 쓰레기통에 버린다. - 이 반응은 화학발광 반응이며 다른 반응들과 마찬가지로, 이것의 반응 속도는 온도와 관계가 있 다. 이 발광막대는 얇은 유리 앰플에 든 phthalic ester 용매 안에 묽힌 hydrogen peroxide를 포함 한다. 이 앰플은 phenyl oxalate 와 형광 염료(9,10-bis(phenylethynyl)anthracene 또는 9,10-diphenyl anthracene)가 들어있는 용액으로 둘러싸여 있다. 이 앰플이 부러질 때, peroxide 와 phenyl oxalate 가 반응한다. 이 반응이 일어나는 동안에 중간체가 생성되며 이 중간체가 에너지 를 염료 분자에 전달한다. 흥분된 염료가 제자리로 되돌아올 때, 보이는 빛이 방출된다. Institute for Chemical Education, University of Wisconsin-Madison, Madison WI

333 학생활동지 실험10. 발광막대의 반응 속도 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 발광 막대의 반응 속도와 온도와의 관계를 알아보자. - 운동, 반응 에너지, 온도 - 500mL 비커(3개), 얼음, 핫 플레이트, 상업용 발광막대(야광봉) 또는 낚시찌(3개) - 발광막대의 바깥 플라스틱의 구멍을 뚫지 않도록 주의하라. 제조사에 따르면 발광막대 안의 물질들은 상대적으로 해롭지 않지만 보통의 상식은 용액이 안에 들어 있도록 유지해야 한다는 것 이다. 고글을 쓰고 실험 중에는 실험실 안전수칙을 따른다. 1. 첫째 비커는 얼음물로, 둘째는 실온의 물로, 셋째는 따뜻한 물(60 미만)로 채운다. 2. 발광막대(낚시찌)를 각각의 비커에 두고 온도 평형을 위해 약 3분 동안 둔다. 3. 얼음물, 실온의 물, 따뜻한 물에서의 발광막대의 밝은 정도를 예측해보자. 4. 발광막대에 대한 지시사항들을 따르고 각각의 안쪽 앰플을 부러뜨린다. 5. 부러뜨린 발광막대 안에서 화학 반응이 일어난 후 얼음물, 실온의 물, 따뜻한 물에서의 발

334 광막대의 밝기를 관찰하고 서로 비교하여 적어 보자. 6. 따뜻한 물에 있던 발광막대를 얼음물로, 얼음물에 있던 발광막대를 따뜻한 물로 옮겨 몇 분이 지난 후 밝기 변화를 관찰하여 적어 보자. 1. 위의 실험을 통하여 발광막대 안에서 일어나는 화학 반응 속도와 온도와의 관계를 설명해 보 자. 2. 발광막대를 부러뜨렸을 때 화학 반응이 일어나는 이유는 무엇일까? - 이 반응은 화학발광 반응이며 다른 반응들과 마찬가지로, 이것의 반응 속도는 온도와 관계가 있 다. 이 발광막대는 얇은 유리 앰플에 든 phthalic ester 용매 안에 묽힌 hydrogen peroxide를 포함 한다. 이 앰플은 phenyl oxalate 와 형광 염료(9,10-bis(phenylethynyl)anthracene 또는 9,10-diphenyl anthracene)가 들어있는 용액으로 둘러싸여 있다. 이 앰플이 부러질 때, peroxide 와 phenyl oxalate 가 반응한다. 이 반응이 일어나는 동안에 중간체가 생성되며 이 중간체가 에너지 를 염료 분자에 전달한다. 흥분된 염료가 제자리로 되돌아올 때, 보이는 빛이 방출된다

335 실험11. 몰 용액 동호정보공업고등학교 하은경 - 몰 용액을 보여 줄 때 몰농도를 이해하는 것이 강화된다. - 용액, 몰농도, 몰 - 물질 몰들(3개 이상의 몰 전체, 2-3개의 1/2몰), 2L 사이다병(또는 비커), 1L 비커 - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 몰들을 보여 주기 전에 꿰매야 할 필 요가 있다. 전체 몰들에 더하여, 찍찍이로 붙여진 2개의 1/2 몰들에서 만들어진 몇 몰 들을 꿰매는 것이 유용하다. 찍찍이로 붙여 진 몰은 분리되어 1/2 몰들 이 된다. (동물 몰 도안은 오른쪽 그림과 같다) 2. 2L 사이다병 위의 둘레의 일부분을 잘라 서 병이 열려져서 몰이 들어가도록 충분한 공간이 되도록 한다. (또는 2L 비커를 준비 한다.)

336 1. 몰농도의 개념을 도입한다. 용질의 몰수 몰농도(M) = 용액의 L 수 2. 1몰을 1L 비커에 두고 그 용액이 1L 에 1몰의 농도임을 설명한다. 계속 더 많은 몰을 비커에 넣고 각각에 대하여 용액의 농도를 결정한다. 3. 몰들을 2L 소다 병(또는 2L비커)에 넣고 위에서 보여준 것들을 반복한다. 4. 용액에서 몰의 일부분으로 1/2 몰들을 1L, 2L 비커에 넣고, 각각의 조합에서 농도를 결정한다. 1mole/1L=1M 2mole/1L=2M 1mole/2L=0.5M 2mole/2L=1M 3mole/2L=1.5M 0.5mole/1L=0.5M 1.5mole/1L=1.5M 0.5mole/2L=0.4M - 내년에 사용하도록 만든 몰들을 보관한다. - 몰농도는 화학의 가장 중요한 농도 단위이다. 몰농도는 용액 1L에 녹아 있는 용질의 몰수이다. 이 실험에서는 용질을 물질 몰(동물)로 나타낸다. 몰들을 1L, 2L 사이다병(비커)에 넣은 후, 차례 대로 학생들이 1L, 2L 병에 녹은 몰수로부터 용액의 농도를 결정한다

337 학생활동지 실험11. 몰 용액 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 모형으로 만들어 진 몰 용액을 관찰함으로써 몰농도를 이해를 도울 수 있다. - 용액, 몰농도, 몰 - 물질 몰들(3개 이상의 몰 전체, 2~3개의 1/2몰), 2L 사이다병(또는 비커), 1L 비커 - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. 몰농도를 나타내는 식을 적어 보자. 2. 1L 비커에 준비된 동물 모양의 물질 1몰, 2몰, 3몰을 넣고 각각의 경우에 몰농도를 구해 보자. 3. 2L 비커에 위에서와 같이 1몰, 2몰, 3몰을 넣고, 각각의 경우에 몰농도를 구해 보자

338 3. 1/2몰, 3/2몰을 1L, 2L 비커에 넣고, 각각의 경우에 몰농도를 구해 보자. 1. 물질 몰을 이용하여 몰 용액을 볼 수 있는 위 실험을 통해 몰농도의 의미를 구체적으로 설명해 보자. - 몰농도는 화학의 가장 중요한 농도 단위이다. 몰농도는 용액 1L에 녹아 있는 용질의 몰수이다. 이 실험에서는 용질을 물질 몰(동물)로 나타낸다. 몰들을 1L, 2L 사이다병(비커)에 넣은 후, 차례 대로 1L, 2L 병에 녹은 몰수로부터 용액의 농도를 결정한다

339 실험12. 폴리머의 환원 동호정보공업고등학교 하은경 - 발포 폴리머를 보통의 유기 용매를 사용하여 매우 잘 녹일 수 있다. - 폴리머, 유기 화학 - 200mL 비커, 아세톤(50mL), Polystyrene, packing peanuts(포장용기의 충전용) [선택사항: Polystyrene, wig stand(가발 지지대), 아세톤(250mL), 유리 또는 알루미늄 파이 판, 핫 플레이트] - 아세톤은 가연성 물질로 화재 위험이 있으며 섭취와 흡입 시에는 독성이 있다. 아세톤-폴리머 혼합물 또한 가연성이다. 고글을 쓰고 화학약품 방지 장갑을 끼고 앞치마를 두른다.(유의사항: 만 약 아세톤을 가열하게 되면, 오직 핫 플레이트나 40 따뜻한 물그릇을 사용하며 타는 불꽃은 피 한다.) 1. 아세톤 50mL를 200mL 비커에 붓는다. 2. 약간의 polystyrene, packing peanuts(실험에서는 스티로폼구로 대체함)를 비커에 넣는다. 이것 이 아세톤에 녹아서 기체를 발생하는 것처럼 보일 것이다. 한 번에 매우 큰 부피의 polystyrene, packing peanuts (약 50L)를 줄이는 것도 가능하다

340 3. Polystyrene, wig stand(실험에서는 가발 지지대 대신 큰 스티로폼구로 사용)를 큰 유리그릇에 둔다. 4. 따뜻한 아세톤을 polystyrene에 붓는다. 이 폴리스타이렌이 녹는 것처럼 보일 것이며 그 형태를 잃고 걸쭉한 액체 방울의 스타이렌이 될 것이다. 이 실험은 할로윈데이에 좋다. 이 실험의 제목을 다음과 같이 다시 붙이는 것도 가능하다. The Wicked Witch Melts away" - 아세톤 폴리스타이렌 혼합물을 후두에서 밤새 증발하게 둔 다음, 고체를 쓰레기통에 버린다. - 아세톤은 polystyrene을 녹여 기포제(butane 또는 pentane)를 나가게 한다. 폴리머가 녹을 때, 굳은 형태가 녹아서 반죽과 같은 찐득거리는 것이 나타난다. 아세톤이 증발하면, 폴리머는 다시 나타나고 다른 생성물로 재활용될 수 있다. Polystyrene은 또한 CD나 오디오 카세트 케이스, 그리 고 많은 다른 상업적 생산품에 사용된다. 스티로폼은 Polystyrene 생산품에 대한 Dow Chemical의 이름이다

341 학생활동지 실험12. 폴리머의 환원 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 발포 폴리머가 유기 용매인 아세톤에 매우 잘 녹는 이유를 알아보자. - 폴리머, 유기 화학 - 200mL 비커, 아세톤(50mL), Polystyrene, packing peanuts(포장용기의 충전용) [선택사항: Polystyrene, wig stand(가발 지지대), 아세톤(250mL), 유리 또는 알루미늄 파이판, 핫 플레이트] - 아세톤은 가연성 물질로 화재 위험이 있으며 마시거나 증기를 마시면 독성이 있다. 아세톤 폴 리머 혼합물 또한 가연성이다. 고글을 쓰고 화학약품 방지 장갑을 끼고 앞치마를 두른다. (유의사항: 만약 아세톤을 가열하게 되면, 오직 핫 플레이트나 40 따뜻한 물그릇을 사용하며 타는 불꽃은 피한다.) 1. 아세톤 50mL를 200mL 비커에 붓는다. 2. polystyrene, packing peanuts(포장용기의 충전용 스티로폼)를 비커에 넣어가며 윗부분을 살짝 눌러주었을 때 관찰된 현상을 적어 보자. 3. Polystyrene, wig stand(가발 지지대 스티로폼)를 큰 유리그릇에 둔다

342 4. 따뜻한 아세톤을 polystyrene 가발 지지대 스티로폼 위에 천천히 부어가면서 관찰된 현상을 적 어 보자. 1. 큰 부피의 포장용기의 충전용 스티로폼이나 가발 지지대 스티로폼은 모두 아세톤에 매우 잘 녹 는다. 녹으면서 기포가 발생하고 걸쭉한 액체로 변하는 이유는 무엇인가? - 아세톤은 polystyrene을 녹여 기포제(butane 또는 pentane)를 나가게 한다. 폴리머가 녹을 때, 굳은 형태가 녹아서 반죽과 같은 찐득거리는 것이 나타난다. 아세톤이 증발하면, 폴리머는 다시 나타나고 다른 생성물로 재활용될 수 있다. Polystyrene은 또한 CD나 오디오 카세트 케이스, 그리 고 많은 다른 상업적 생산품에 사용된다. 스티로폼은 Polystyrene 생산품에 대한 Dow Chemical의 이름이다

343 실험13. 초강력 흡수 폴리머 동호정보공업고등학교 하은경 - 물을 단지 몇 그램의 요술 폴리머로 고체로 만들어 보자. - 폴리머, 유기화학, 삼투압 - 500mL 비커(2개), 증류수, Sodium polyacrylate, 식용소금(NaCl) - 실험 중에는 항상 실험실 안전 수칙을 따른다. 1. Sodium polyacrylate 0.5g을 500mL 첫 번째 비커에 넣는다. 2. 두 번째 500mL 비커를 증류수로 약 400mL 까지 채우고 비교하기 위해 몇 방울의 식용 색소를 첨가한다. 3. 색이 들어간 증류수를 sodium polyacrylate가 든 비커에 붓는다. 4. 혼합물을 다시 두 번째 비커에 붓는다. 폴리머는 즉시 물을 흡수하여 겔과 같은 물질을 만든다. 5. 겔을 용액으로 변화시키기 위해 몇 그램의 소금을 넣는다. 6. 대안적인 실험은 불투명 플라스틱 병을 사용하는 것이다. 증류수를 폴리머가 들어 있는 병에 넣고 병을 뒤집는다. 소금을 넣어 물이 나오게 한다

344 - 모든 용액을 과량의 물과 함께 싱크대에 씻어 내려가게 한다. - 초강력 흡수 폴리머는 원래 자동차와 제트 연료에서 습기를 제거하는 문제나 곡물 저장 시설에 서 습기에 대한 흡수제와 같은 문제들을 해결하기 위해 만들어졌다. 오늘날 이 폴리머는 기저귀나 화분 심는 토양에서 물을 가두는 것과 같이 가정용 생산품으로 사용된다. Sodium polyacrylate는 sodium acrylate 와 acrylic acid를 중합시켜서 만든다. 이것은 증류수에서 폴리머 무게의 800배 이상의 물을 흡수하는 능력을 갖는다. Sodium polyacrylate에서 물의 흡수는 물과 폴리머의 나트륨 농도의 차이 때문에 일어난다. 폴리 머의 막은 물만 투과할 수 있다. 삼투압은 물이 나트륨이 많은 폴리머로 흘러 들어가게 하여 폴리 머의 안과 밖의 나트륨 이온의 농도의 평형에 도달하게 한다. 수돗물은 높은 전해질 농도를 갖고 있어 흡수되는 물의 양을 많이 줄게 하므로 증류수를 사용해야 한다. 소금이 겔이된 폴리머에 더해질 수 있다. 나트륨 이온의 농도가 폴리머 밖에서 진해질수록 물이 폴리머 조직에서 흘러 나와서 결과적으로 소금물에서의 폴리머 용액이 될 것이다. Institute for Chemical Education, University of Wisconsin: Madison, Summer

345 실험14. 주사기를 이용한 기체 생성 성동고등학교 민영혜 - 주사기를 이용하여 CO2, H2, O2,NO, NO2등 기체를 생성한다 보안경을 착용한다. 2. 실리콘 오일로 주사기 내부의 고무부분을 윤활 시킨다. 1. 고체 시료의 질량을 측정한다. 바이알 캡에 고체 시료를 넣는다. 2.주사기에 물을 가득 채운다

346 3. 고체 시료가 들어있는 바이알 캡을 물위에 띄운다. 4. Lower the cap by flotation 주사기 끝을 막고 있던 손을 치우며 물이 서서히 빠져나가고. 바이알 캡이 내부 바닥에 놓이도록 조절한다. 5. Draw aqueous reagent into syringe ( 5 ml 식초사용, CO 2발생) 액체 성분의 시료를 작은 무게접시에 넣고,주사기를 이용하여 시료를 빨아들인다. 이때 고체시료 는 액체시료위에 떠있게 된다

347 6. Install syringe cap 주사기마개로 주사기입구를 막는다. 7. Generate the gas 주사기 모체를 위아래로 세차게 흔든다.(시료들이 뒤섞인다.)반응이 일어나면 기체가 생성되어 주 사기의 피스톤을 미는 압력을 느낄 수 있게 된다. 실제로 피스톤이 기체에 의해 밀려올라간다. 11. Remove cap to stop gas collection 주사기 내부에 기체가 어느 정도 채워지면 사기를 바로 세운다) 주사기의 캡을 아래 그림처럼 조심스레 제거한다.(주 12. Discharge reagents 주사기를 다시 뒤집어 액체를 천천히 빼낸다. 액체를 버린 후 바로 캡을 씌운다

348 13. Wash away contaminants 기체가 가득찬 주사기 내부를 오염된 물질을 제거하기위해 몇 번 물로 씻는다. - 이 실험의 포인트는 우리가 발생시킬 수 있는 여러 가지 기체를 쉽게 모으고, 그것을 이용해 여러 가지 실험을 할 수 있는 장치의 이용에 있다. 주사기법은 이러한 우리의 목적을 만족시킬 수 있는 간편한 방법이다

349 학생활동지 실험14. 주사기를 이용하여 CO 2 를 생성하자 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 주사기를 이용한 기체생성 방법은 우리가 자주 사용하는 많은 기체들에 적용되어 쓸 수 있다. 이 방법으로 우리는 매우 빠르고 쉽게 기체를 생성할 수 있다. 주사기내에서 바로 기체가 생성되고 우리는 즉시 그것을 사용한다. 이 방법으로 CO 2, H 2, O 2, N 2, C 2H 2, NH 3, NO, NO 2, SO 2, Cl 2, SiH 4, and H 2S.등의 기체를 만든다. 이 실험의 포인트는 우리가 발생시킬 수 있는 여러 가지 기체를 쉽게 모으고, 그것을 이용해 여 러 가지 실험을 할 수 있는 장치의 이용에 있다. 주사기법은 이러한 우리의 목적을 만족시킬 수 있는 간편한 방법이다. -General Safety Precautions 보안경을 항상 착용한다. 주사기내의 액체화학 물질이 압력 때문에 사방으로 분무될지 모른다. Toxicity CO 2는 무독가스이지만 다른 기체들은 유독한 것들이다. (NO,SO 2,Cl 2.)

350 1. 고체 시료의 질량을 측정한다. 바이알 캡에 고체 시료를 넣는다. 2.주사기에 물을 가득 채운다.. 3. 고체 시료가 들어있는 바이알 캡을 물위에 띄운다. 4. Lower the cap by flotation 주사기 끝을 막고 있던 손을 치우며 물이 서서히 빠져나가고. 바이알 캡이 내부 바닥에 놓이도록 조절한다. 5. Draw aqueous reagent into syringe ( 5 ml 식초사용, CO 2발생) 액체 성분의 시료를 작은 무게접시에 넣고, 주사기를 이용하여 시료를 빨아들인다. 이때 고체 시

351 료는 액체시료위에 떠있게 된다. 6. Install syringe cap 주사기마개로 주사기입구를 막는다. 7. Generate the gas 주사기 모체를 위아래로 세차게 흔든다.(시료들이 뒤섞인다.)반응이 일어나면 기체가 생성되어 주 사기의 피스톤을 미는 압력을 느낄 수 있게 된다. 실제로 피스톤이 기체에 의해 밀려올라간다. 8. Remove cap to stop gas collection 주사기 내부에 기체가 어느 정도 채워지면 사기를 바로 세운다) 주사기의 캡을 아래 그림처럼 조심스레 제거한다.(주

352 9. Discharge reagents 주사기를 다시 뒤집어 액체를 천천히 빼낸다. 액체를 버린 후 바로 캡을 씌운다 Wash away contaminants 기체가 가득찬 주사기 내부를 오염된 물질을 제거하기위해 몇 번 물로 씻는다. 1. 기체를 왜 씻어야만 하는가? 2. 시약의 정확한 양을 사용하는 것이 왜 중요한가? 3. 주사기 뚜껑(cap)을 제거할 때 주사기를 바로세우는 이유는? 4. 격렬하게 주사기를 흔들어주는 이유는? 5. 이 실험에서 일어난 반응을 화학반응식으로 쓰시오. 6. 이상기체법칙에 따른다면 25,1기압 하에서 발생할 기체의 부피를 예상해보시오? 7.이상기체법칙에 따른다면 25,1기압 하에서 CO2의 밀도를 구해보시오. 8. 공기의 밀도를 같은 방법으로 구하고 여기서 구한 기체의 밀도와 비교하여 본다

353 CO 2 발생: NaHCO 3 (s) + CH 3 COOH(aq)---->CO 2 (g) +H 2 O(l)+NaC 2 H 3 O 2 (aq) O2 발생 : H2O2 (aq) +Mn ----> O2(g) + H2O(l) H2 발생 : Mg(s) + 2HCl(aq) ---> H2(g) + MgCl2(aq) NO발생: 2NaNO2(s) +2FeSO4(aq) + 3H2SO4(aq)---> 2NO(g) +Fe2(SO4)3(aq) +2NaHSO4(aq) + 2H2O(l) NO2 발생: 2NO(g) + O2(g) ----> 2NO2(g) 위 화학반응식에서 나타난 기체들을 주사기를 이용하여 적은 스케일로 기체를 생성하고 그 기체 들의 특징을 관찰 또 기체 상호간의 반응도 일으켜본다

354 제2장 kit를 이용한 실험 실험1. 흔들면 파래져요 한강전자공예고등학교 고숙영 투명한 두 용액과 지시약을 섞으면 푸른색 용액이 만들어지며 가만히 두고 기다리면 색이 사라진다. 용액을 흔들어주면 다시 푸른색이 나타나며 가만히 두면 색이 사라지는 재미있는 시 범 실험이다. 1. 혼합 용액을 가만히 두면 메틸렌블루가 환원되어 푸른색 용액이 무색으로 변한다. 플라스크 를 흔들어주면 산소가 무색 용액에 녹아들어가면서 메틸렌블루 용액이 다시 산화되고 용액의 색이 푸른색으로 변하게 한다. 2. 기체(플라스크 안의 산소 기체)와 용액의 경계면이 푸른색인 것을 관찰하면 산소 기체가 용 액에 녹아 들어가면서 푸른색이 나타나는 것임을 알 수 있다. 3. 알칼리 상태에서 글루코오스(포도당)가 글루코시드로 전환되고, 산소가 용액에 녹아들어가며, 용해된 산소에 의해 무색의 환원형 메틸렌블루가 푸른색의 산화형 메틸렌블루로 산화되는 반응 이 빠르게 일어난다. 용액을 가만히 방치하면 푸른색의 산화형 메틸렌블루가 글루코시드에 의해 환원되는 반응이 느리게 일어나며, 나중에는 완전히 무색으로 변한다. 반응 메커니즘은 4단계로 일어난다.(Campbell, 1963) 1. 글루코오스 + OH - fast 글루코시드 + H 2O 2. O 2 (g) fast O 2 (aq) 용해된 산소 3. O 2(aq) + 환원형 메틸렌블루 fast 산화형 메틸렌블루 무색 푸른색 4. 산화형 메틸렌블루 + 글루코시드 slow 환원형 메틸렌블루 + 생성물 푸른색 무색 알짜 반응식 : 글루코오스 + O 2(g) 생성물

355 KOH 용액 덱스트로오스(글루코오스) 용액 메틸렌블루 용액 100mL 눈금 실린더 마개나 뚜껑이 있는 500mL 플라스크 1. 눈금 실린더를 사용하여 KOH 100mL를 잰 후 500mL 플라스크에 옮겨 담는다. 2. 눈금 실린더를 사용하여 덱스트로오스 용액 100mL를 재서 플라스크에 옮겨 담은 후 두 용액 이 잘 섞이도록 저어준다. 3. 플라스크에 메틸렌블루 용액을 3~4 방울 넣은 후 플라스크 뚜껑을 닫고 용액이 잘 섞이도록 저어준다. 4. 용액이 무색으로 변할 때까지 몇 분 동안 가만히 놓아둔다. 5. 다시 푸른색이 나타나도록 플라스크를 부드럽게 흔들어준다. 6. 4와 5 과정을 반복한다. 흔들어서 푸른색이 나타나게 하는 과정을 10번 정도 반복할 수 있다. 1. 이 시범 실험은 학생들의 관찰력과 과학 과정 기술을 개발하는데 사용할 수 있다. 학생들에 게 변화를 관찰하고, 문제를 발견하고 제안하게 하여 과정기술을 익히게 한다. 플라스크 속 공 기와 용액의 경계면이 푸른색임을 꼭 관찰하게 한다. 2. 이 시범 실험의 반응 메커니즘에 대한 자세한 설명은 Campbell의 논문(Journal of Chemical Education(1963, 40, 578))에 잘 나와 있다. 3. 용액이 푸른색으로 유지되는 시간은 흔들어주는 정도에 비례한다. KOH 용액은 부식성이 있으므로 피부에 닿으면 물집이 생길 수 있으며, 마시면 매우 위험하 다. 특히 눈에 해로우므로 주의한다. 보안경과 장갑, 실험복을 꼭 착용하도록 한다. 사용 후 남은 염기 용액은 염기 용액 폐수 처리 방법을 따라 처리한다. 1 염기 용액을 1M 또는 10% 이하의 농도로 충분히 얼음/물 슬러시

356 희석시킨 후 3M HCl 용액을 천천히 가하여 중화시킨다. 2 ph 시험지로 확인하여 거의 중성이 되었으면 20배 정도의 물과 함께 하수구에 버린다. ph 시험지 Abbott, G. E. J. Chem. Educ. 1947, 2, 45. Abbott, G. E. J. Chem. Educ. 1948, 26, 100. Campbell, J. A. J. Chem. Educ. 1963, 40, 578. Dutton, F. B. J. Chem. Educ. 1960, 37, A

357 실험2. 화학발광 한강전자공예고등학교 고숙영 두 가지 용액을 섞어 반응시키면 아름다운 화학발광이 10분가량 지속된다. 화학발광(Chemiluminescence) 산화-환원 Energetic light 용액 5) 500mL 3% 과산화수소수 50mL 0.6% K 3Fe(CN) 6 500mL 유리막대 250mL 비커 2개 10mL 눈금 실린더 100mL 눈금 실린더 5) 이 자료는 미국에서 판매되고 있는 Flinn 사의 화학 시범 실험 키트-Energetic light-의 활용 자료로 이 회사에서 판매하는 시범 실험 키트 안에 Energetic light solution이 포함되어 있다. 일반적으로 화 학발광을 관찰하기 위해 필요한 용액은 발광을 촉진하는 활성화 역할을 하는 액티베이터(Activator)- 주로 유기물에 녹인 과산화수소-와 디페닐옥살레이트와 형광염료의 배합물이다. Energetic light 용액 은 디페닐옥살레이트와 형광염료의 배합물을 지칭하는 것으로 구하기 어려울 경우 시판되는 화학발 광막대의 플라스틱 관의 물질로 대용할 수 있다

358 3% 과산화수소는 약하기는 하지만 여전히 산화력이 있으며 눈과 피부에 자극적이다. K 3Fe(CN) 6 500mL 용액도 약간 자극적이며, 강한 산과 접촉하면 독성이 강한 HCN 기체를 내므로 강산과 접촉하지 않도록 유의한다. 보안경과 장갑, 실험복을 꼭 착용하도록 한다 mL 비커에 0.6% K 3Fe(CN) 6 70mL와 3% 과산화수소 용액 7mL를 넣는다. 2. 다른 250mL 비커에 Energetic light 용액 70mL를 넣는다. 1. 실험실을 완전히 캄캄하게 만든다. 2. 유리막대로 저으면서 K 3 Fe(CN) 6 70mL와 3% 과산화수소 용액이 든 용액을 Energetic light 용액에 붓는다. 3. 화학적 발광을 관찰한다. 반응을 유지시키기 위해 가끔 용액을 저어준다. 1. Energetic light 용액과 0.6% K 3Fe(CN) 6 용액을 섞을 때 반드시 잘 저어주어야 한다. 그래야 화학적 발광 현상이 오래 지속된다. 2. 화학적 발광은 아주 밝은 빛은 아니므로 실험실이 어두울수록 더 잘 나타난다. 1. 발광 발광(Luminescence)이란 어떤 물질이 빛이나 대전된 입자 또는 화학 반응으로부터 에너지를 흡수하여 빛을 방출하는 현상을 말한다. 발광은 크게 인광(Phosphorescence), 형광 (Fluorescence), 화학발광(Chemiluminescence)으로 분류한다. 인광은 야광 이라는 용어로 더 많이 알려져 있다. 인광은 광원을 제거한 후에도 계속 빛을 방출하기 때문에 밤에도 빛을 낼 수 있어 야광(nightglow), 또는 잔광(afterglow) 이라고도 한다. 형광은 광원이 있는 동안에는 빛을 발하지만 광원을 제거하면 빛을 내지 않는다. 화학 반응에 의해 발생하는 에너지에 의해 물질이 들뜬 상태가 된 후 빛을 내면서 떨어지는 경우가 있는데 이를 화학발광이라 한다. 2. 화학발광 화학발광(chemiluminescence)은 화학적 에너지가 곧바로 빛 에너지로 전환되는 과정이다. 화 학 반응에 의해 들뜬 상태의 전자를 가진 중간 생성물(intermediate product)이 생성되고 전

359 자가 들뜬 상태에서 안정한 바닥상태로 떨어지면서 에너지가 빛의 형태로 방출된다. A + B C + D * D + 빛 발광분자의 에너지 준위 다이아그램은 다음과 같다. 중간체의 들뜬 상태 흡수되는 화학에너지 반응물질의 초기 상태 방출되는 빛에너지 생성물질의 바닥상태 3. 화학발광 막대 바로 알기 콘서트 장에서 쉽게 볼 수 있는 빛을 내는 막대나 팔찌, 목걸이. 흔히 야광막대나 야광팔찌, 야광목걸이라는 이름으로 불리는데, 과연 맞는 말일까? 야광은 광원을 제거한 후에도 빛을 내는 인광(phospohrescence) 현상을 말하므로 야광 막대 라는 표현은 옳지 않다. 막대를 살며시 꺾으면 내부에 있는 가는 유리관이 깨지면서 유리관 내부의 물질과 유리관 외부의 물질이 화학 반응을 일으키고 이 화학적 에너지가 빛 에너지 로 전환되므로 화학발광(chemiluminescence)에 해당한다. 야광막대가 아니라 화학발광막대라 고 부르는 것이 더 옳은 표현이다. 화학발광막대에서 막대를 꺾으면 모세 유리관 내부의 물질과 외부의 물질이 혼합된다. 화학 발광막대에서 밝은 빛을 내는 에너지는 과산화수소에 의해 oxalic phthalate ester가 산화할 때 발생한다. 유기용매에 녹아있는 과산화수소가 oxalic phthalate ester와 반응하여 높은 에 너지를 지닌 4각형 고리의 중간체가 생기는데 이 중간체가 깨지면서 에너지를 형광성 물감 에 전달하게 된다. 그러면 이 형광성 물감은 들뜬 상태가 되고 다시 바닥상태로 떨어지면서 빛을 내게 된다. 선택하는 형광성 물감에 따라 최종적으로 발생하는 빛을 조절할 수 있다

360 화학발광의 예는 여름 밤하늘을 수놓는 반딧불에서도 관찰할 수 있다. 화학발광 막대 화학발광 반딧불이 내는 빛은 루시페린이라는 물질이 생체내의 루시페라제라는 효소에 의해 분해되면 서 빛을 내는 것으로 알려져 있다. 이러한 생체 내에서의 발광 현상을 생체발광 (Bioluminescence)이라고도 한다. 실제로 2차 세계대전 당시에 일본군은 발광하는 작은 바다 새우를 사용했다고 한다. 장병들 은 작은 바다 새우를 상자에 넣고 다녔는데 건조한 새우는 발광하지 않지만 물에 넣으면 곧 바로 빛을 발산한다. 울창한 밀림에서 지도를 본다든지 보고서를 작성하려면 낮에도 조명이 필요한데, 전등을 사용하면 들킬 우려가 있지만 바다 새우가 내는 불빛은 몇 m만 떨어져도 발각되지 않으므로 은밀한 활동에 도움이 되었다. 그 이후 NASA(미항공우주국)에서는 우주선의 보조비상조명을 목적으로 반딧불이의 생물발 광을 모델로 하여 화학발광을 연구하여 현재와 같은 화학발광막대를 개발하였다. 지금은 그 용도가 넓어져 군사목적용, 의료용, 밤낚시용, 수중집어용, 공연장, 수중라이트용 등으로 사용 되고 있다. 사용하고 남은 용액은 다량의 물과 함께 하수구에 버린다. Shakhashiri, B. Z. Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry, Vol. 1 : The University of Wisconsin: Madison, 1983, pp

361 실험3. 빨강, 파랑, 흰색 용액 만들기 6) 한강전자공예고등학교 고숙영 무색 투명한 용액 3가지를 일렬로 늘어놓고 각각에 노란색 용액을 첨가해 주면 빨강, 흰색, 푸른색으로 변한다. 화려한 색이 나타나는 화학 시범 실험을 통해 화학 반응의 성질을 살펴볼 수 있다. 착이온 형성 이중 치환 반응 프러시안 블루 염화철 용액 : 묽은 염산에 녹인 0.03M FeCl 3 120mL 0.1M K 4Fe(CN) 6 20mL 0.002M KSCN 20mL 0.1M AgNO 3 20mL 150mL 비커 4개 6) 이 자료는 미국에서 판매되고 있는 Flinn사의 화학 시범 실험 키트의 활용 자료이다. 원제는 Old Glory(미국 성조기)로 화학 반응에 의해 성조기의 기본 색상인 빨강, 파랑, 흰색의 용액이 만들어진 다. 미국 교사들이 이 시범 실험을 보여줄 때는 학생들 앞에 성조기를 걸고 애국가를 틀어놓은 상태 에서 화려한 용액의 색깔 변화를 관찰하게 한다고 한다. 우리나라 태극기도 흰색, 빨강, 파랑, 검정이 기본 색상이므로 같은 방법으로 효과를 주어도 좋겠다

362 K 4 Fe(CN) 6 용액은 진한 산과 열에 접촉하면 독성이 강한 HCN 기체를 내므로 가열하거나 강산과 접촉하지 않도록 유의한다. AgNO 3는 흡입했을 때 약간의 독성이 있으며, 피부와 눈, 점막에 자극을 주고 피부와 옷에 묻으면 얼룩이 생긴다. FeCl 3 용액은 부식성이 있어서 신체 조직에 자극을 주며, 흡입하면 약간의 독성을 띤다. 피부나 옷에 화학 약품이 묻지 않도록 주의한다. 보안경과 장갑, 실험복을 꼭 착용하도록 한다. 1. 실험대에 150mL 비커 3개를 나란히 놓는다. 2. 다음 표와 같이 비커에 각각의 용액을 20mL 정도씩 넣는다. 비커 용액 KSCN AgNO 3 K 4Fe(CN) 6 3. 빈 150mL 비커에 염화철(FeCl 3) 용액 120mL를 넣는다. 4. 준비된 비커 1~3에 염화철(FeCl 3) 용액을 약 40mL 정도씩 천천히 넣는다. (주의 : 양을 쉽게 가늠할 수 있도록 비커에 미리 표시를 해둔다.) 5. 변화를 관찰한다. 1번 비커의 용액은 붉은색으로 변하며, 2번 비커 용액은 흰색 앙금이 나타 나며, 3번 비커에는 푸른색 용액이 형성된다. 배경음악으로 애국가를 틀어놓아서 시범실험을 극적으로 만든다. 이 시범 실험은 화학 반응의 성질과 유형을 설명할 때 도입 실험으로 이용하면 좋다. 화학 반응이 있어났음을 알 수 있는 증거로 색의 변화가 있음을 보여줄 수 있으며, 그 외에 어떤 증 거가 있을 수 있는지 토의한다. 학생 수가 많을 때는 사용하는 용액의 부피를 늘려서 시범을 보여도 효과적이다. 붉은색, 흰색, 푸른색의 색 변화는 각각 3가지 유형의 화학 반응이 일어났기 때문이다. 반응 1- 착이온 형성 철 이온(Fe 3+ )이 티오시안산 이온(SCN - )과 반응하여 진한 붉은색 착이온을 형성한다. (화학반응 식 1)

363 Fe 3+ (aq) + SCN - (aq) > Fe(SCN) n 3-n 붉은색 화학반응식 1 n값은 1~3까지 변할 수 있다. 이 반응은 가역 반응, 화학 평형, 르샤틀리에 원리를 보여줄 때 사 용될 수 있는 고전적인 실험이다. 반응 2- 이중 치환 반응 염화철(FeCl 3)은 질산은(AgNO 3)과 반응하여 물에 녹지 않는 염화은(AgCl) 앙금을 형성한다. (화학반응식 2) FeCl 3(aq) + AgNO 3(aq) > Fe(NO 3) 3(aq) + 3AgCl(s) 화학반응식 2 흰색 물에 녹지 않는 염화은 앙금이 생성되면 우유 같은 흰색 현탁액(서스펜션)이 된다. 반응 3- 프러시안블루 생성 염화철 용액의 철(III) 이온은 K 4Fe(CN) 6용액의 철(II) 착이온과 반응하여 철(II)/철(III) 화합물 Fe 4[Fe(CN) 6] 3 을 형성한다. 1710년에 발견된 이 화합물의 이름이 바로 프러시안블루이다. 이 물질은 상업적 목적으로 제조된 최초의 염료 중 하나이다. 4Fe 3+ (aq) + 3Fe(CN) 6 4- (aq) > Fe 4[Fe(CN) 6] 3 화학반응식 3 푸른색 붉은색, 흰색, 푸른색 반응 혼합물은 비커에서 혼합해도 되며 과량의 물과 함께 하수구에 버리 고 씻는다

364 실험4. 상상튜브(Think Tube) 한강전자공예고등학교 고숙영 원자의 성질을 상상하는 것과 비슷한 활동으로 어떤 것 이 있을까? 볼 수 없는 것의 모형을 만드는 것은 얼마나 어려울까? 원자처럼 볼 수 없는 것에 대해 이해하는 과정 을 상상튜브(Think Tube)를 이용해 경험해 볼 수 있다. 교사가 상상튜브(think tube)를 이용해서 간단한 몇 가 지 조작을 한 다음에 학생들이 관찰한 내용을 기록하고 가 설을 세우게 한다. 모형 가설 흰색 튜브 : 길이 : 18인치, 지름 1.5인치, 구멍이 4개 뚫림 끈 2개 : 나일론, 36인치 붉은색 나무 구슬 : 지름 3/4인치 초록색 나무 구슬 : 지름 3/4인치 푸른색 나무 구슬 : 지름 3/4인치 노란색 나무 구슬 : 지름 3/4인치 고리쇠 : 지름 3/4 튜브 뚜껑 2개 상상튜브(Think Tube) 학생용 학습지 상상튜브(think tube)는 위험하지 않으므로 일반적인 실험실 안전 규칙을 따른다

365 1. [그림 1]과 같이 끈을 고리쇠에 감는다. 고리쇠는 튜브의 가운데에 위치하게 한다. 2. 튜브의 구멍을 통해 끈을 끼우고 당긴다. [그림 1] 3. 나무 구슬의 구멍에 끈을 끼우고 구슬이 움직이지 않도록 끈 끝에 매듭을 맨다. 왼편 위쪽에 는 빨간 구슬, 왼편 아래쪽에는 노란 구슬, 오른편 위쪽에는 파란 구슬, 오른편 아래쪽에는 초록 구슬을 사용한다. [그림 1] 4. 튜브의 양 끝 뚜껑을 닫는다. 빨강 나무구슬 파랑 고리쇠 노랑 초록 [그림 1] 1. 학생들에게 상상튜브(think tube) 학습지를 나누어준다. 2. 각 실험마다 학습지의 왼쪽 칸에 구슬의 원래 위치를 그리게 한다. 3. 구슬을 당겨 변화를 주기 전의 기본 모양은 [그림 2]와 같아야 한다. 4. 학습지의 중간 칸에는 구슬을 당겼을 때의 모습을 그리거나 설명을 쓰게 한다. 5. 학습지의 오른쪽 칸에는 각각의 시범에 대한 가설을 그리거나 설명을 쓰게 한다. 6. 아래에 지시된 대로 시범실험 1 ~ 3을 보여준다. (주의 : 끈이 완전히 멈출 때까지 당기도록 한다.) 빨강 파랑 노랑 초록 [그림 2]

366 시범실험 1 시 작 결 과 왼쪽 끝에 있는 빨간색 구슬과 노란색 구슬이 하나의 끈으로 연 당김 빨강 파랑 빨강 파랑 결되어 있는 것 같다. 1. 초록색 구슬에 붙어있는 끈을 단단히 잡는다. 2. 빨간색 구슬을 잡아당긴다. 3. 노란색 구슬을 잡아당긴다. 빨강 노랑 초록 잡기 노랑 잡기 초록 파랑 빨강 파랑 복 구 노랑 잡기 잡기 초록 노랑 초록 파랑 오른쪽 끝에 있는 파란색 구슬과 빨강 파랑 빨강 초록색 구슬이 하나의 끈으로 연 결되어 있는 것 같다. 1. 노란색 구슬에 붙어있는 끈을 잡기 잡기 초록 단단히 잡는다. 2. 파란색 구슬을 잡아당긴다. 3. 초록색 구슬을 잡아당긴다. 노랑 초록 파랑 노랑 빨강 빨강 파랑 복 구 잡기 초록 잡기 노랑 노랑 초록

367 시범실험 2 시 작 빨강 결 과 빨간색 구슬과 초록색 구슬이 하 나의 끈으로 연결되어 있는 것 같다. 당김 빨강 파랑 파랑 1. 노란색 구슬에 붙어있는 끈을 잡기 잡기 초록 단단히 잡는다. 2. 빨간색 구슬을 잡아당긴다. 3. 초록색 구슬을 잡아당긴다. 노랑 빨강 초록 노랑 파랑 빨강 파랑 복 구 노랑 잡기 초록 당김 노랑 초록 시범실험 3 시 작 결 과 빨강 파랑 잡지 않고 빨강 파랑 노란색 구슬과 초록색 구슬이 연 결되어 있는 것 같다. 초록 1. 아무 끈도 잡지 않는다. 2. 노란색 구슬을 당긴다. 노랑 당김 초록 3. 초록색 구슬을 당긴다. 노랑 생각해보기 위의 시범 실험을 반복하여 보여주고 관찰한 것에 대해 생각해 보고 다음과 같이 정리할 수 있어 야 한다. 시범실험 1 : 빨간 구슬과 노란 구슬이 연결되어 있는 것 같다. 또한 푸른색 구슬과 초록 색 구슬도 연결되어 있는 것 같다. 시범 실험 2 : 빨간 구슬과 초록 구슬이 연결되어 있는 것 같다. 시범실험 3 : 노란 구슬과 초록 구슬이 연결되어 있는 것 같다. 따라서 왼편과 오른편에 있는 위쪽과 아래쪽의 줄이 단 한 개의 줄이 아니라는 것이 분명하다

368 이 시범실험은 모순을 보여주도록 고안된 것이다. 첫 번째 시범 실험에서는 빨간색과 노란색 구슬이 직접 연결되어 있는 것으로 보이고 푸른색과 초록색 구슬이 연결된 것으로 보인다. 하지 만 두 번째 시범실험에서는 빨간색과 초록색 구슬이 서로 연결되어 있는 것으로 보인다. 세 번 째 실험에서는 노란색과 초록색 구슬이 서로 연결되어 있는 것으로 보인다. 세 가지 시범 실험 을 반복하면서 학생들이 모형을 개발하게 한다. 학생에 따라 그림보다 말로 설명하는 것을 더 좋아할 지도 모른다. 말이든 그림이든 상관없이 관찰한 내용과 모형을 기록하도록 격려한다. 이 시범실험의 목적은 학생들이 일어난 현상에 대한 가설을 세우고 이를 설명할 수 있는 모 형을 개발하게 하는 것이다. 학생들이 상상튜브(think tube)를 완전히 이해할 때까지 시범 실험을 여러 번 반복해도 좋다. 시범 실험이 끝난 다음에 상상튜브(think tube)의 내부 구조를 보여주든 비밀에 부치든 교사 재 량이다. 시범 실험은 얼마든지 반복해도 좋다. 학생들에게 시범실험 1~3을 보여주기 전에 각 단계를 미리 충분히 연습하는 것이 좋다. 각 단계를 완전히 익히는데 연습이 필요하며 특히 구멍 부분의 끈을 잡고 있는 것을 학생들 눈에 띄지 않도록 주의한다

369 상상튜브(think tube) 학습지 직접적으로 관찰할 수 없는 물체나 과정을 나타낸 것을 모형이라고 한다. 예를 들어 우리는 원자 를 볼 수 없지만 우리가 관찰한 사실들과 잘 일치하는 원자의 모형을 만들어낼 수 있다. 사람이 학습을 할 때 뇌 안에서 일어나는 현상을 볼 수는 없지만 학습이 어떻게 일어나는지 모형을 만들 수 있다. 튜브 바깥으로 나와 있는 줄로 보여주는 시범 실험을 잘 관찰한 후 관찰한 사실을 바탕으로 튜브 안의 줄의 배치 모형을 만들어 보자. 각 시범 실험을 관찰한 후 일어난 현상을 그림 또는 설명으로 기록하자. 그리고 튜브 안에 줄이 어떻게 연결되어 있는지 모형을 그려보자. 원래의 위치 일어난 현상 모형 시범실험 1 시범실험 2 시범실험 3 생각해보기

370 실험5. 불타는 경사로 (Flaming Vapor Ramp) 한강전자공예고등학교 고숙영 휘발성이 있는 가연성 액체에서 나오는 증기는 일반적으로 공기보다 무거워서 실험대를 따 라 점화 장치까지 옮겨갈 수 있다. 일단 증기에 불이 붙으면 불꽃이 순식간에 증기를 따라 액체 에까지 옮겨가 큰 화재나 폭발 사고가 발생할 수 있다. 이 시범 실험은 매우 인상적이고 놀라운 실험이다. 헥산 증기를 알루미늄 홈통으로 만든 경 사로에 부으면 헥산 증기가 경사로를 따라 내려가 멀리 떨어진 양초에 닿게 되고 불이 경사로 에 옮겨 붙어 거슬러 올라가는 것을 관찰할 수 있다. 연소의 세 가지 요건 발화점 이상의 온도, 산소, 탈 물질 에 대해 설명할 때 도입 실험으 로 유용하며, 유기 용매의 가연성에 대한 실험 안전 교육으로도 유용하게 이용될 수 있다. 가연성 액체 화재 안전 스탠드, 클램프, 링 헥산 100mL V자 형의 알루미늄 홈통(길이 : 약 80cm) 양초 성냥 또는 라이터 1L 삼각플라스크 플라스크에 맞는 구멍 1개짜리 고무마개

371 이 시범 실험을 보일 때 매우 주의해야 한다. 불꽃 근처나 점화 장치 근처에서 실험하지 않 도록 주의한다. 헥산은 가연성 액체이며 호흡기에 자극을 준다. 과정에 명시된 것보다 많은 헥산을 사용하지 않도록 유의한다. 불꽃이 너무 커지거나 화재의 위험이 있을 수 있으며 플라스크가 떨어져 깨질 수도 있다. 헥산보다 더 휘발성이 강한 액체로 대체하여 실험하지 않도록 한다. 유기 용매 중에는 위험 할 정도로 가연성이 큰 물질이 많으며 이 물질로 대체하여 실험할 경우, 증기가 흘러간 길을 따 라 옮겨간 불꽃이 플라스크 안으로 들어가 폭발을 일으킬 수 있다. 예를 들어 에테르(디에틸에 테르)나 메틸알코올은 너무 휘발성이 강해서 불꽃 근처나 점화 장치 근처에서 사용하면 안 된다. 보안경, 장갑, 실험복을 착용하도록 한다. 1. 시작하기에 앞서 실험대 위에 종이 같은 탈 수 있는 물질이 놓여 있지 않도록 모두 치운다. 2. 스탠드와 클램프를 이용하여 알루미늄 홈통의 한쪽 끝을 높여서 증기가 흐를 수 있는 경사 로를 만든다. 이 경사로는 20 또는 20cm 높이 정도이면 좋다. [그림 1] 알루미늄 홈통 헥산 증기가 든 플라스크 양초 [그림 1] 3. 알루미늄 홈통 아래쪽 끝 실험대에 양초를 놓는다. 4. 1L 삼각 플라스크에 2~3mL 정도의 헥산을 붓는다. 5. 플라스크에 구멍이 한개 뚫어져 있는 고무마개로 플라스크를 막고 헥산이 증발하도록 흔들 어 준다. 플라스크 속이 헥산 증기로 찰 때까지 몇 분간 방치한다. 1. 학생들에게 모두 보안경을 쓰도록 지시한다. 2. 양초 불을 켠다. (주의 : 양초 불꽃의 위치가 알루미늄 홈통의 아래쪽 끝과 높이가 같아야 한다.) 3. 헥산이 담긴 플라스크의 마개를 열고 3초 동안 천천히 헥산 증기를 경사로 아래로 붓는다. 플라스크를 약간 기울이면 된다. 이 때 기화하지 않은 액체 헥산이 흘러나오지 않도록 주의한다. 4. 몇 초간 아무 것도 일어나지 않을 것이지만 잠시 기다리면 증기에 순간 불이 붙고 불이 경

372 사로를 따라 위로 올라간다. 5. 불꽃이 알루미늄 홈통 위까지 다 올라간 다음 다시 위의 과정을 반복해서 보여줘도 좋다. 헥산, 석유 에테르 7) (에틸에테르가 아님)는 성질이 비슷한 물질로 이 시범 실험에서 사용하기 에 적당한 휘발성을 지니고 있다. 절대 다른 가연성 액체로 대체하여 실험하지 않는다. 휘발성 이 헥산보다 강할 경우 화재나 폭발 사고가 일어날 수 있다. 스탠드와 클램프로 경사로를 만들 수 없는 경우 손에 오븐용 장갑이나 방화 장갑을 끼고 경 사로의 한쪽 끝을 잡고 있어도 무방하다. 단, 아래쪽을 잡고 위쪽은 열려있게 하며 손가락과 장 갑이 불꽃에 닿지 않도록 한다. 헥산 증기를 얼마나 오래 부어야 하는지 가늠하기 위해 미리 연습해 보는 것이 좋다. 불이 붙었을 때 헥산이 담긴 플라스크가 알루미늄 홈통 가까이에 있으면 안 된다. 플라스크를 기울여 헥산 증기를 붓고 있는 동안에 불이 붙어 올라오기 시작했다면 즉시 플라스크를 홈통에서 멀리 떨어지게 하여 불이 플라스크 안으로 들어가지 않도록 해야 한다. 대부분의 휘발성 유기 액체는 소량일 경우(500mL 이하) 후드 안에서 증발시키는 방법을 사 용한다. 양이 많은 경우는 폐기물 처리 업자에게 맡기는 것이 좋다. 학교 실험실에서는 액체 폐기물은 폐수통에 한꺼번에 모으는 경우가 많은데, 유기 폐기물은 수용성 액체와 반응을 일으킬 수도 있으므로 따로 모아야 한다. 유기물 폐수통의 경우, halogenated organic solvents(예 : methylene chloride)는 다른 유기 용매(예, 에탄올)와 반응할 수 있으므로 따로 구별해야 한다. 유기물 폐수통을 후드에 놓고 휘발성 유기 용매만 따로 증발 시켜도 된다. 폐수통에는 반드시 라벨을 붙여서 내용물을 알 수 있게 하고 가능한 빨리 처리하 는 것이 좋다. 7) 석유 에테르(Petroleum Ether)를 에테르(디에틸에테르)와 혼동하는 사람이 많다. 석유 에테르는 가솔 린의 일종으로 석유 중에서 휘발성이 강한 펜탄(C 5H 12)과 헥산(C 6H 14)의 혼합물을 일컫는다. 흔히 디 에틸에테르를 에테르라고 하며 분자식은 CH 3CH 2OCH 2CH 3이며 끓는점이 34 로 매우 낮고 휘발성이 강해서 인화하기 쉬우며 증기는 폭발하기 쉽다. 따라서 이 실험에서 석유 에테르가 아닌 디에틸에테 르나, 디메틸에테르를 사용해서는 절대 안 된다

373 일반적으로 유기 용매는 끓는점이 매우 낮으며 상온에서 휘발성이 매우 강하다. 예를 들어 헥산은 끓는점이 68 ~70 이며 25 에서의 증기압이 150mmHg에 달한다. 대부분의 유기 화합 물의 증기는 색이 없으므로 볼 수가 없다. 유기 용매의 증기는 보통 공기보다 무겁다. 공기에는 대략 78%의 질소와 21%의 산소, 아르 곤 약 1%가 포함되어 있고 질소의 분자량은 28, 산소의 분자량은 32, 아르곤은 40이므로, 공기 의 평균 분자량은 28.96이다 헥산(C 6 H 14 )의 분자량은 86이므로, 헥산 증기는 공기에 비해 밀도가 거의 3배 정도 더 크다. 때문에 헥산 증기와 대부분의 다른 유기 화합물의 증기는 아래쪽으로 가라앉게 된다. 또 공기보 다 무거운 증기는 시약병을 기울여서 증기를 따라 부울 수도 있다. 헥산 증기를 경사진 홈통에 부어서 흘러가게 하여 멀리 떨어져 있는 양초에 불이 켜지게 하 는 실험을 통해 연소의 3가지 요소를 확인해 볼 수 있다; 산소(산소가 포함된 공기), 타는 물질 (헥산), 발화점 이상의 온도(발화를 일으키기 위한 양초) 불꽃이 경사로를 거슬러 올라가면서 불길을 남기는 장면은 매우 인상적이다. 이 시범 실험은 실험실 안전과 관련된 내용을 가르치는 데도 매우 유용하게 사용할 수 있다. 가까운 주변에 불이 없는 상태라 하더라도 실내에서 가연성 액체를 사용하는 것이 위험할 수 있다는 것을 보여줄 수 있다. 실제로 몇몇 화재 사고에서 화재의 원인이 휘발성 유기 용매의 증 기라는 것이 증명된 적이 있다. 휘발성 유기 용매의 증기는 바닥을 따라 이동하거나 심지어는 아래층까지 이동하며 히터나 전기 스위치에 의해 점화되어 화재가 발생한다. 미국에서 사용하는 일부 가스 오븐은 우리나라처럼 전기점화장치를 사용하지 않고 파일럿 라이트(pilot light)라고 부르는 작은 불꽃의 불씨를 남겨두는데 실내에서 휘발성 유기 용매를 다량 사용할 경우 증기가 바닥을 타고 이동해가서 이 파일럿 라이트에 의해 점화되어 화재가 발생하기도 한다. 실외에서는 발화를 일으킬만한 것이 드물며 바람이 증기를 확산시키므로 연소가 일어나지 못한다. Becker, R. Twenty Demonstrations Guaranteed to Knock Your Socks Off!, Vol. 2; Flinn Scientific:Batavia, IL, 1997, pp

374 학생활동지 실험5. 불타는 경사로 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 시범 실험을 보고 휘발성 유기 용매를 다룰 때의 주의점을 이해한다. - 연소의 세 가지 요소를 이해한다. 스탠드, 클램프, 링 헥산 100mL V자 형의 알루미늄 홈통(길이 : 약 80cm) 양초 성냥 또는 라이터 1L 삼각플라스크 플라스크에 맞는 구멍 1개짜리 고무마개 이 실험은 절대 학생 실험으로 사용하지 않으며 교사가 반드시 시범 실험으로 보여주거나 비디오 자료를 활용한다. 불꽃 근처나 점화 장치 근처에서 실험해서는 안 된다. 헥산은 가연성 액체이며 호흡기에 자극을 준다. 실험 과정에 명시된 양 이상으로 헥산을 사 용하지 않는다. 불꽃이 너무 커지거나 화재가 발생할 수 있으며 플라스크가 떨어져 깨질 수도 있으므로 주의한다. 헥산보다 더 휘발성이 강한 액체로 대체하여 실험하지 않도록 한다. 유기 용매 중에는 위험 할 정도로 가연성이 큰 물질이 많으며 이런 물질로 대체하여 실험할 경우, 증기가 흘러간 길을 따라 옮겨간 불꽃이 플라스크 안으로 빨려 들어가 폭발을 일으킬 수 있다. 예를 들어 에테르(디 에틸에테르)나 메틸알코올은 너무 휘발성이 강해서 불꽃 근처나 점화 장치 근처에서 사용하면 안 된다. 시범 실험을 보여주는 교사와 학생들 모두 보안경, 장갑, 실험복을 착용하도록 한다

375 1. 시작하기에 앞서 실험대 위에 종이 같은 탈 수 있는 물질이 놓여 있지 않도록 모두 치운다. 2. 스탠드와 클램프를 이용하여 알루미늄 홈통의 한쪽 끝을 높여서 증기가 흐를 수 있는 경사 로를 만든다. 이 경사로는 20 또는 20cm 높이 정도이면 좋다. [그림 1] 알루미늄 홈통 헥산 증기가 든 플라스크 양초 [그림 1] 3. 알루미늄 홈통 아래쪽 끝 실험대에 양초를 놓는다. (주의 : 양초 불꽃의 위치가 알루미늄 홈통의 아래쪽 끝과 높이가 같아야 한다.) 학생들 모두 보안경을 쓰고 교사의 시범실험을 관찰한다. 1. 1L 삼각 플라스크에 2~3mL 정도의 헥산을 붓는다. 2. 구멍이 한개 뚫어져 있는 고무마개로 플라스크를 막고 헥산이 증발하도록 흔들어 준다. 플 라스크 속이 헥산 증기로 찰 때까지 몇 분간 방치한다. 헥산이 든 플라스크를 막을 때 구멍 뚫린 고무마개를 사용하는 이유는 무엇인가? 헥산이 든 플라스크를 흔들면 액체 헥산이 보이지 않게 된다. 헥산은 어떤 성질이 있다고 생각하는가? 3. 양초 불을 켠다. 4. 헥산이 담긴 플라스크의 마개를 열고 3초 동안 천천히 헥산 증기를 경사로 아래로 붓는다. 플라스크를 약간 기울이면 된다. 이 때 기화하지 않은 액체 헥산이 흘러나오지 않도록 주의한 다

376 헥산 증기가 담긴 플라스크를 기울이면 증기가 나와서 경사로를 따라 내려간다고 한다. 헥 산 증기와 공기의 밀도를 비교하시오. 5. 경사로에서 일어나는 변화를 관찰한다. 경사로에서 어떤 일이 일어나는가? 1. 실험실에서 유기 용매를 사용할 때 주의해야 할 점이 매우 많다. 유기 용매의 일반적인 성질 을 참고하여 주의할 점을 정리해 보자. 유기 용매의 일반적인 성질 주의할 점 일반적으로 자극적이며 독성을 띤다. 끓는점이 낮고 휘발성이 있다 인화성이 강하다. 2. 다음은 어떤 화재 사고에 대한 원인을 분석한 것이다. 이번 화재 사고는 씨가 실내에서 유기 용매를 다량 사용하면서 발생한 휘발성 유 기 용매의 증기가 바닥을 따라 아래층으로 이동하여 히터에 의해 점화되어 발생한 것 으로 밝혀졌습니다

377 1 연소가 일어나기 위한 3가지 요소는 산소, 타는 물질, 발화점 이상의 온도이다. 위 화재 사고 에서 연소의 3가지 요소가 각각 무엇이었는지 찾아보자. 2 유기 용매로 인한 화재를 예방하는 방법을 생각해 보자. 유기 물질은 독성이 있고 인체에 해로우므로 마시거나 증기를 흡입하지 않도록 주의한다. 일 반적으로 유기 용매는 끓는점이 매우 낮아 상온에서 잘 휘발되므로 환기에 유의해야 한다. 증기 를 흡입했을 때는 즉시 환기시키고 신선한 공기를 마시도록 한다. 유기 물질은 인화성이 강하여 화재가 발생하기 쉬우므로 절대 화기 근처에서 유기 용매를 다루지 않도록 주의한다. 화재가 발생할 경우를 대비하여 실험실에 소화기를 비치해 둔다. 유기 물질을 이용한 실험을 할 경우는 실험복, 장갑, 보안경을 착용한다. 유기 물질로 인한 화재를 예방하기 위해서는 실내에서 유기 물질을 다량 사용하지 않도록 주의하고 히터 등 화기 근처에서 사용하지 않는다

378 실험6. 표면장력 유리병 (Surface Tension Jar) 한강전자공예고등학교 고숙영 - 간단한 유리병을 이용해서 표면 장력, 대기압, 분자 간 응집력의 성질을 보여줄 수 있다. - 망으로 덮은 병에 얇은 플라스틱 카드를 덮은 다음 뒤집었을 때 카드가 그대로 붙어 있는 것 을 관찰하고 카드를 빼내어도 물이 흘러나오지 않고 공중에 떠있는 것을 관찰한다. 표면 장력 공기의 압력 분자의 응집력 물의 성질 유리병, 구멍 뚫린 병뚜껑 8) 얇은 카드 액체 세제(선택사항) 그물망(병뚜껑에 꼭 맞는 크기) 수돗물 8) 유리병의 병뚜껑은 나사처럼 돌려서 막는 것이어야 하며, 병뚜껑의 위 부분을 미리 잘라내야 한다. 잼이나 마요네즈 병을 재활용하면 되며, 병뚜껑의 위 부분을 잘라내고 사용한다

379 1. 유리병 뚜껑에 그물망을 단단히 부착시키고 뚜껑을 돌려 꼭 닫는다. 2. [그림 1]과 같이 그물망을 통해 3/4정도 찰 때까지 수돗물을 넣는다. 3. 얇은 플라스틱 카드를 뚜껑 위에 놓는다. 4. 뚜껑 위에 있는 카드를 손으로 편평하게 잡는다. 5. 싱크대나 수조 같은 큰 용기 위에서 재빨리 유리병을 180 뒤집는다.(병을 돌릴 때 약간의 물이 흘러나올 수 있다.) 6. 병을 잡고 카드에서 손을 뗀다. 카드가 병 입구에 그대로 남아 있을 것이다. [그림 2] 7. 병을 단단히 잡은 채로 나머지 한 손으로 병 입구에 있는 카드를 옆으로 미끄러지게 당겨 떼어낸다. 약간의 물이 흘러나 올 수 있지만 대부분의 물은 유리병에 그대로 남아있게 된다. [그림 3] [그림 1] [그림 2] [그림 3] 8. 유리병을 몇 도씩 기울이면 물이 모두 흘러나오게 된다. [그림 4] 9. <선택 실험> 학생들 앞에서 시범 실험을 보인 다음 학생 중 같은 실험을 해보고 싶어 하는 자원자가 있는지 물어본다. 보이지 않는 곳에 액체 세제가 든 그릇을 몰래 숨겨두었다가 손가락에 세제를 묻혀 눈에 띄지 않게 그 물망 위를 훑는다. (그물망에 세제를 묻히기 전에 유리병 안이 물로 차 있어야 한다.) 그 다음 학생이 유리병을 뒤 물이 집으면 얇은 카드는 붙어 있겠지만 카드를 제거하고 나 물이 쏟아져 유리병에 면 물이 쏟아져 나오게 된다. 이것은 분자의 응집력이 세 나옴 그대로 있음 제에 의해 약해졌기 때문이다. (카드가 떨어지지 않고 붙 어 있는 것은 대기압 때문이다.) [그림 4] 10. 얇은 카드 없이도 이 시범 실험을 보여줄 수 있다. 유리병의 입구를 손으로 막고 있다가 재빨리 손을 뗀다. 학생들이 똑같은 방법으로 시도할 때는 망에 세제를 묻혀두어 물이 쏟아지게 한다

380 그물망이 없는 상태로 유리병을 뒤집으면 물이 모두 쏟아져 나온다. 이 시범 실험을 보다 극적으로 보여주려면 유리병을 뒤집기 전에 그물망이 있는 것이 보이 지 않게 한다. 시범 실험의 한 학생의 팔위에서 하면 더욱 극적일 것이다. 그물망을 여러 다른 물질로 바꾸어서 실험해 본다. 창의적으로 그물눈이 큰 것에서 미세한 것까지 다양하게 시도해 본다. 모기장, 천, 구멍 뚫린 알루미늄 호일, 거름종이 등등. 유리병에 넣는 물의 양을 변화시켜가면서도 실험해 본다. 이 시범 실험에서 물이 쏟아지지 않고 유리병 안에 그대로 있는 것은 물의 표면 장력과 대 기압 때문이며, 망이 힘을 보강해주는 면도 있다. 정지해 있는 액체의 평형상태는 액체 내부의 이웃하는 분자들끼리의 인력에 의하여 유지되고 있으나, 표면(공기/액체의 경계면)에서의 액체 는 이웃분자와의 접촉이 없어 인력을 받지 않는다. 이처럼 액체의 분자 간 인력의 균형이 표면 에서 깨지고, 액면 부근의 분자가 액체 속의 분자보다 큰 위치 에너지를 가지게 된다. 이 때문 에 표면이 넓으면 넓을수록 큰 위치 에너지를 가지게 되므로 이것을 될 수 있는 대로 작게 하 려고 하는 작용이 표면 장력으로 나타나게 된다. 물과 같은 극성 액체는 비슷한 성질의 분자 간에 서로 끌어당기는 힘인 응집력 때문에 매우 큰 표면 장력을 갖는다. 이 현상은 망의 구멍마다 표면에 막이 펼쳐져 있는 것 같기 때문에 막 (membrane) 이라 부르기도 한다. 대기압과 함께 응집력, 표면 장력이 합쳐지기 때문에 얇은 카 드를 그 위치에 붙들어 두게 된다. 유리병 입구는 압력이 막에 고르게 미치도록 닫아 두어야 한 다. 유리병을 기울이게 되면 힘의 균형이 깨지게 되고 막에 같은 크기의 압력이 작용하지 않게 되며 이로 인해 표면 장력이 깨지게 된다. 표면장력의 값은 액체의 종류에 따라 달라지며, 온도에 따라서도 변한다. 대부분 액체의 표 면장력은 온도가 높아질수록 표면장력이 감소한다. 액체의 온도가 상승하면 분자의 운동이 활발 해져 분자 간 거리가 멀어지게 되고, 이 때문에 분자 간 인력이 작아져 표면장력이 약해진다. 또한, 어떤 종류의 물질을 액체에 녹이면 표면장력의 값은 감소한다. 물에 비누를 녹이는 경우 가 그 대표적 예이며, 이런 종류의 물질을 계면활성제라고 한다. Floating water 실험 :

381 학생활동지 실험6. 표면장력 유리병 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 망으로 덮은 유리병을 뒤집었을 때 유리병 속의 물이 쏟아지지 않는 이유를 설명할 수 있다. 유리병, 병뚜껑 9) 얇은 플라스틱 카드 액체 세제(심화선택실험) 그물망 수돗물 1. 유리병에 물을 넣고 구멍 뚫린 병뚜껑으로 돌려 막은 뒤 거 꾸로 뒤집는다. 유리병 속의 물은 어떻게 되는가? [그림 1] 2. [그림 1]과 같이 유리병 뚜껑에 그물망을 단단히 부착시키 고 뚜껑을 돌려 꼭 막은 다음 그물망 위로 수돗물을 3/4 정도 까지 채워 넣는다. 3. [그림 2]와 같이 얇은 플라스틱 카드를 뚜껑 위에 놓고 손 으로 편평하게 잡은 다음 재빨리 유리병을 180 뒤집고 카드 에서 손을 뗀다. 카드와 유리병 속의 물은 어떻게 되는가? [그림 2] 9) 유리병의 병뚜껑은 나사처럼 돌려서 막는 것이어야 하며, 병뚜껑의 위 부분을 미리 잘라내야 한다. 잼이나 마요네즈병을 재활용하면 되며, 병뚜껑의 위 부분을 잘라내고 사용한다

382 4. [그림 3]과 같이 병을 단단히 잡은 채로 나머지 한 손으로 병 입구에 있는 카드를 옆으로 미끄러지게 당겨 떼어낸다. 유리병 속의 물은 어떻게 되는가? 5. [그림 4]와 같이 유리병을 조금씩 기울여 본다. 유리병 속의 물은 어떻게 되는가? [그림 3] [그림 4] 1. 유리병을 뒤집었을 때 카드가 유리병에 그대로 붙어있고, 유리병의 물이 쏟아지지 않는 이유 는 무엇인가? 2. 카드를 떼어낸 후에도 물이 쏟아지지 않는 이유는 무엇인가?

383 유리병 안의 물이 쏟아지지 않는 것은 물 분자 사이의 응집력과 표면 장력, 대기압 때문이 다. 뿐만 아니라 그물망이 힘을 보강해준다. 대기압 : 대기가 작용하는 힘으로 해수면에서 1cm 2 당 10.13N의 힘이 작용한다. 대기압 모든 방향으로 작용하며, 카드가 제자리에 남아 있는 것은 대기압이 위로 미는 힘이 물이 아래로 미 는 힘보다 크기 때문이다. 아래 그림과 같이 1기압의 대기압은 76cm의 수은 기둥을 떠받칠 수 있으며, 물의 경우 10.13m의 물기둥을 떠받칠 수 있다. 1기압 = 76cmHg = 1033g중/cm 2 = dyne/cm 2 =1013hPa <토리첼리의 실험> <수면 위에 떠 있는 소금쟁이> 소금쟁이가 물 표면에 떠있는 모습을 보면 마치 물 표면에 만들어진 막 을 딛고 서 있는 것 같이 보인다. 동그란 이슬방울을 바늘 끝으로 살짝 질러도 터지거나 깨지지 않고 다시 동그란 모양으로 돌아가는 것을 보면 마치 고무처럼 탄력 있는 얇은 막이 이들 표면을 보호하고 있는 것 같다. 이런 현상은 액체의 표면에 표면장력이 작용하고 있기 때문이다. 이 실험에서도 그물 망 표면 액체에 표면장력이 작용하여 그물망의 각 구멍마다 막이 펼쳐져 있는 것 같다. 표면 장력 : 분자 간에 서로 끌어당기는 힘인 응집력 때문에 표면장력이 생긴다. 표면장력 막 은 액체의 표면의 넓이를 최소한으로 줄이게 만들며 그 때문에 액체 방울은 둥근 모양이 된다. 카드를 제거한 후에도 물이 쏟아지지 않는 것은 물 분자들끼리 서로 끌어당겨 그물망의 구멍마다 얇은 막을 형성하기 때문이다. 유리병을 흔들거나 기울였을 때 또는 망을 건드리게 되면 표면 장력이 깨지게 되고 물이 쏟아져 나오게 된다

384 위의 그림과 같이 액체의 내부에 있는 분자들은 이웃하는 분자들에 의해 모든 방향으로 인 력이 작용하지만 표면의 액체는 아래쪽(안쪽) 방향의 분자의 인력만 받게 된다. 따라서 액체 표 면의 분자는 액체 내부의 분자보다 큰 위치 에너지를 가지게 되며, 표면이 넓으면 넓을수록 큰 위치 에너지를 가지게 되므로 이것을 가능한 작게 하려고 하는 작용이 표면 장력으로 나타나게 된다. 비눗방울이나 액체속의 기포, 물방울이 동그란 모양으로 되는 것도 표면 장력 때문이며, 그릇에 물을 가득 부었을 때 액체가 넘쳐 올라간 모양이 되어 쏟아지지 않는 것도 액체 표면에 장력이 작용하기 때문이다. 물과 같은 극성 액체는 비슷한 성질의 분자 간에 서로 끌어당기는 응집력이 작용한다. 극성 액체는 분자간 응집력이 크기 때문에 표면장력도 매우 크다. 심화선택실험 1. 유리병 뚜껑에 그물망을 단단히 부착시키고 뚜껑을 돌려 꼭 막은 다음 그물망 위로 수돗물을 3/4 정도까지 채워 넣는다. 2. 액체 세제를 손가락에 묻혀 그물망을 한번 훑어준다. 3. 얇은 플라스틱 카드를 뚜껑 위에 놓고 손으로 편평하게 잡은 다음 재빨리 유리병을 180 뒤 집는다. 4. [그림 2]와 같이 카드에서 손을 뗀다. 카드와 유리병 속의 물은 어떻게 되는가? 5. [그림 3]과 같이 병을 단단히 잡은 채로 나머지 한 손으로 병 입구에 있는 카드를 옆으로 미 끄러지게 당겨 떼어낸다. 유리병 속의 물은 어떻게 되는가? 6. 따뜻한 물과 차가운 물로 같은 실험을 반복해 보자. 따뜻한 물과 차가운 물 중 유리병 속의 물이 잘 쏟아지지 않는 것은 어느 것인가?

385 1. 그물망에 비눗물이나 액체 세제를 묻히면 물이 잘 (쏟아진다/쏟아지지 않는다). 그 이유는 무 엇일까? 2. 따뜻한 물과 차가운 물로 실험했을 때 (따뜻한 물/차가운 물)를 넣은 유리병의 물이 더 잘 쏟아진다. 그 이유는 무엇일까? 표면장력의 값은 액체의 종류에 따라 달라지며, 온도에 따라서도 변한다. 대부분 액체의 표 면장력은 온도가 높아질수록 표면장력이 감소한다. 액체의 온도가 상승하면 분자의 운동이 활발 해져 분자 간 거리가 멀어지게 되고, 이 때문에 분자 간 인력이 작아져 표면장력이 약해진다. 또한, 어떤 종류의 물질을 액체에 녹이면 표면장력의 값은 감소한다. 물에 비누를 녹이는 경우 가 그 대표적 예이며, 이런 종류의 물질을 계면활성제라고 한다

386 실험7. 광자의 에너지 (Energy in Photons) 한강전자공예고등학교 고숙영 학생들은 빛의 세기와 빛의 에너지 개념을 혼동하는 경우가 많다. 이 실험은 빛의 세기(또는 밝기)가 빛이 가진 에너지와 같지 않음을 보여주는 실험이다. 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 보라색의 필터를 통과한 빛이 인광 물질에 비춰지게 한다. 필 터는 백색광에서 특정 파장은 흡수하고 어떤 파장은 투과시킨다. 투과된 빛이 충분한 에너지를 가진 빛일 경우 인광 물질이 빛을 발하게 된다. 이 시범 실험을 보고 난 후 이유를 탐색하게 한다. 빛의 흡수와 방출, 투과 곡선의 해석, 광전 효과를 가르칠 때 이 실험이 유용하게 쓰일 수 있다. 인광 빛의 투과 빛의 흡수 빛의 방출

387 광자의 에너지(Energy in Photons) 실험 카드 광원-교실 빛 정도면 충분하다. 빨강 주황 필터 노랑 초록 파랑 보라 인광 조각 <Energy in Photons> 실험 카드 1. 광자의 에너지(Energy in Photons) 실험 카드를 열어서 학생들에게 인광을 내는 조각을 보여준다. 인광 물질은 어두운 곳에서 빛을 내며, 일상생활에서는 인광이라는 용어보다 야광 이라는 표현을 더 자주 사용한다는 것을 알려준다. 2. 인광 조각을 약 15초 정도 교실 빛에 노출시킨 다음 교실의 불을 모두 끄고 완전히 깜깜하게 만든다. 그러면 인광 조각이 몇 분 동안 밝게 빛을 내며 점차로 희미해진다. 인광 조각이 빛을 내는 것을 충분히 관찰한 다음, 교실 불을 다시 켠다. 3. 광자의 에너지(Energy in Photons) 실험 카드에 있는 6가지 빛깔의 필터를 학생들에게 보여준다. 광원의 빛이 필터를 투과한 후 어떤 색깔의 빛으로 보이는지 관찰하게 한다. 각각의 필터를 투과한 빛의 색이 필터의 색과 같음을 관찰한다. 4. 필터를 투과한 빛이 인광 조각에 비춰졌을 때 어떤 일이 일어날지 예측하게 한다. 5. 옆쪽에서 빛이 새어 들어와 인광 조각에 비춰지지 않도록 실험 카드를 단단히 닫고, 주변부 는 종이로 잘 에워싼다. 시범용 카드를 교실 빛에 약 30초 정도 노출시킨다. 6. 교실의 불을 모두 끄고 완전히 깜깜하게 만든다. 실험 카드를 열고 인광 조각을 학생들에게 보여준다. 인광 조각은 푸른색이나 보라색 필터를 거친 빛에서만 밝게 빛을 낸다. 7. 학생들의 예상과 실제 결과를 비교한다. 많은 학생들이 노랑이나 주황색과 같은 더 밝은 빛이 인광을 내지 못한다는 것에 놀랄 것이다. 인광 조각이 빛을 내려면 충분한 에너지를 가진 빛을 쬐어야 하며, 노랑이나 주황색과 같은 밝은 빛깔은 더 밝아 보이고 강도가 센 것으로 보이 지만 에너지가 충분히 크지는 않음을 설명한다. 인광 조각이 인광을 낼만큼의 충분한 에너지를 가진 것은 푸른색과 보라색 빛이다. 8. 인광 조각을 들뜬 상태로 만들어 빛나게 할 수 있는 파장을 계산할 수 있다. (각 필터의 파

388 장이나 필터의 투과 곡선을 이용하면 파장이 약 480nm 정도 되어야 한다는 것을 알 수 있다.) 9. 다음 식을 이용하여 인광 조각이 인광을 내기 위한 최소 에너지를 계산한다. E = hc/λ E = 에너지(J) h= 플랑크 상수 = J sec c = 빛의 속력 = m/s λ = 파장(m) 위와 같은 방법으로 계산하면 최소 광자 에너지는 J이다. E = = J 보라색 필터와 푸른색 필터 아래에 둔 인광 조각은 매우 밝게 빛나는 것이 당연하지만, 가끔 다른 필터 아래에 둔 인광 조각이 약한 빛을 내는 경우가 있다. 이것은 필터 주변에서 틈새로 들어온 빛을 받았기 때문이다. 틈으로 빛이 들어와 인광 조각이 약한 빛을 띠는 일이 없도록 실 험 카드를 단단히 닫아두어야 한다. 빛을 완전히 차단했음에도 불구하고 약간의 인광 빛이 관찰된다면 필터가 주된 색 이외의 다른 파장도 투과시키기 때문일 수 있다. 아래 토의에 있는 필터의 투과 곡선을 이용하여 그 이 유를 학생들에게 설명할 수 있다. 예를 들어, 노란색 필터는 약 450nm 이하의 파장을 가진 빛 을 아주 약간 투과시킨다. 인광 조각이 들뜬 상태로 되기 위해 필요한 파장이 480nm 이하이므 로 충분한 에너지를 지닌 약간의 빛이 노란색 필터를 통과하여 인광 조각에 닿음으로 인해 약 한 인광이 나타나게 된다. 실험 카드를 보관할 때는 카드 사이에 딱딱한 검은색 조각을 넣어서 인광 조각을 잘 덮어주 어야 하며 카드를 잘 닫아서 봉투에 넣어 보관한다. 그래야 인광 조각을 빛으로부터 보호할 수 있으며 오래 사용할 수 있다. 개 념 확 장 1. 인광이 나타나게 하려면 빛의 세기보다 빛의 에너지가 더 중요하다는 개념을 강화하는 시범 실험을 보여줄 수 있다. 빛의 세기가 다른 40W 전구와 100W 전구를 준비하여 실험 카드에 각 각 빛을 쬐어준다. 두 가지 경우 모두 보라색과 푸른색 필터를 통한 경우만 인광 조각에 인광이 나타나는 것을 관찰하게 한다. 2. 인광 조각이 인광을 낼 수 있는 최대 파장을 분광측정기를 이용하여 확인할 수 있다. cuvet

389 에 딱 맞을 정도로 인광 조각의 일부를 좁게 자른다. 표본 부분에 아무 것도 넣지 않은 채로 0% T로 조절한다. 빈 cuvet을 블랭크로 사용하여 100% T로 맞춘다. cuvet 안에 인광 조각을 놓고 조각의 흡광도를 측정한다. 인광 조각의 코팅된 면이 분광측정기의 빛이 오는 부분과 마주 보도록 주의한다. 파장이 480nm보다 짧은 경우는 인광 조각에 작은 빛이 나는 작은 점들이 관 찰되지만 파장이 길어지면 빛나는 부분을 관찰할 수 없다. 빛이 나는 점을 쉽게 관찰할 수 있도 록 어두운 곳에서 실험하도록 한다. 3. 이 실험 카드를 이용하여 교실의 빛 속에 들어있는 빛의 파장과 자외선의 파장을 비교해 볼 수 있다. 교실의 불빛을 사용하여 위의 실험을 한 다음, 교실 불을 끄고 아래 그림과 같은 UV 램프를 이용하여 30초간 실험 카드에 자외선을 비추어준다. 램프를 끈 다음 카드를 열어보면 인 광이 더 많이 관찰된다. 그 이유는 각 필터의 투과 곡선을 보고 설명하도록 한다. 필터 중 몇몇 은 300nm와 400nm 사이 파장의 빛을 흡수하지 않기 때문에 이 필터들은 높은 에너지의 빛을 투과시켜 인광 조각에 인광이 나타나도록 들뜨게 만들 수 있다. <UV 램프> 1. 전자기 스펙트럼 전자기파의 존재를 예언했던 맥스웰은 1865년에 전자기파의 진행 속도가 빛의 속도와 같음을 이론적으로 증명하였으며 빛도 전자기파임을 밝혀내었다. 모든 전자기파는 진동하는 전기장과 자기장으로 이루어져 있으며 빛의 속력( m/s)으로 진행한다. 전자기파는 파장이 짧은 쪽에서 긴 쪽으로 감에 따라 차례로 ϒ선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파 등으로 부른다. 보 파 초 노 주 빨 라 랑 록 랑 황 강 ϒ선 자외선 적외선 전파 파장 전자기파 스펙트럼

390 전자기파의 가시 영역은 전체 스펙트럼 중 아주 작은 부분만 차지하고 있으며 파장은 400 ~ 700nm 정도이다. 인간의 눈은 400nm를 보라색으로, 700nm를 빨간색으로 인지한다. E = hc/λ 식에서 보듯이 파장은 에너지와 반비례하기 때문에 보라색 빛이 붉은색 빛보다 에너지가 더 높다. 가시 영역 중 파장이 가장 긴 것에서 짧은 것 순으로 보여주면 인간의 눈에는 빨강, 주 황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색으로 보이게 된다. 빛의 색이 달라지면 빛의 에너지도 달라진 다. 백색광에는 가시 영역에 있는 모든 색의 빛이 들어 있다. 2. 빛의 세기와 에너지 : 광전 효과 빛의 성질에는 에너지 외에 빛의 세기가 있다. 빛의 세기는 빛의 밝기라고 생각하면 된다. 고 전 물리학에서는 빛의 에너지가 빛의 세기에 비례한다고 생각하였으며 광원의 세기가 셀수록 더욱 많은 에너지가 방출된다고 하였다. 이 가정이 맞는다면 이 시범 실험에서 매우 밝은(세기 가 센) 노란색 빛이 인광을 내야 한다. 하지만 결과는 그렇지 않으며, 오히려 푸른색과 보라색 빛에서 인광을 나타낸다. 이 현상은 광전 효과와 유사하다. 광전 효과는 양자 역학을 탄생하게 한 패러독스 중 하나이다. 광전 효과란 빛을 금속 표면에 쬐어 주었을 때 전자가 방출되는데 방출된 전자의 에너지가 빛 의 세기가 아닌 빛의 파장에 따라 달라지는 현상이다. 아인슈타인은 광전 효과를 설명하면서 빛은 E = hv의 에너지를 가진 광자로 이루어져 있다고 제안하였다. 금속 표면에 결합해 있는 전자의 결합 에너지보다 더 큰 에너지를 가진 광자로 금속 표면을 때린다면 전자가 방출될 것 이다. 이 경우 광원의 세기가 세면 셀수록 광자의 수가 더욱 많아질 것이므로 방출되는 전자의 수도 많아질 것이다. 전자가 금속 표면에 결합해 있는 결합 에너지보다 작은 에너지를 가진 광 자의 경우라면 전자는 방출될 수 없을 것이고 아무리 많은 광자가 표면을 때리더라도 전자는 방출되지 않을 것이다. 이 실험 카드에서 인광이 나타나는 것은 금속 표면에서 전자가 방출되는 것과 유사하다. 인광 물질은 인광을 낼 수 있는 임계 파장(또는 에너지)이 있다. 빛을 인광 조각에 비추었을 때 인 광을 일으킬 수 있는 에너지보다 큰 에너지를 가진 빛이라면 인광이 나타날 수 있다. 이 경우 빛의 세기가 세지면, 인광도 더욱 세어진다. 하지만 인광 조각에 비춘 빛이 인광 임계 파장보 다 에너지가 낮은 빛일 경우에는 인광이 나타나지 않을 것이며, 아무리 빛의 세기를 세게 하더 라도 인광은 나타나지 않는다. 3. 빛의 흡수와 투과 필터는 왜 보라, 파랑, 초록, 노랑, 주황, 빨강으로 보이는 걸까? 각 필터는 각각 다른 분자 다 른 파장의 빛을 흡수하는 분자 로 이루어져 있다. 예를 들어 붉은색 필터는 사람 눈에 붉은 색으로 보이는데, 필터가 붉은색 파장의 빛을 투과시키기 때문이다. 따라서 백색광을 붉은색 필터에 쬐어주면 필터의 분자들이 여러 파장의 빛 중 어떤 것은 흡수하고 어떤 것은 투과시키 는데 붉은색이 아닌 빛은 어느 정도까지 흡수하며, 초록색 빛은 거의 대부분 흡수한다. 초록 광자가 필터를 때리면 필터의 분자가 흡수한다. 초록 광자는 필터를 투과할 수 없으므로 초록 색은 필터에서 볼 수가 없다. 이와 반대로 붉은색 광자는 필터의 분자에 의해 흡수되지 않으며 필터를 통과하게 되므로 붉은색으로 보이게 된다. 붉은색 필터가 초록색 파장의 빛을 흡수한다는 것을 어떻게 알 수 있을까? 빨강과 초록은 보

391 색이다-색상환( 色 相 環 ) 속에서 서로 마주보는 위치에 놓인 색은 모두 보색관계이다. 일반적으로 색상환( 色 相 環 )에서 서로 마주보는 위치에 놓인 색은 모두 보색관계이다. 예를 들 어 보라와 노랑은 보색 관계이다. 따라서 붉은색 필터에서처럼 보라색 필터는 노란색 빛을 흡 수하며 보라색 빛을 투과시킨다. 색상환과 보색 개념을 이용하면 물질의 색깔로 물질이 흡수하 는 파장을 일차적으로 추정할 수 있다. 다음 표는 가시광선 스펙트럼에서 각 색깔의 파장과 그 보색을 나타낸 것이다. 대표 파장(nm) 파장 영역(nm) 색 보색 보라 연두 파랑 주황 청록 빨강 초록 자주 연두 보라 노랑 보라 주황 파랑 빨강 청록 대표 파장을 각 색깔의 표준으로 사용할 수 있다. 예를 들어 초록색을 파장 500nm~600nm 범 위로 표시하지 않고 간단히 초록빛은 520nm라고 말해도 좋다. 광자의 에너지(Energy in Photons) 실험 카드에 있는 각 필터의 투과 곡선은 다음과 같다. 이 곡선들을 보면 어떤 파장의 빛이 필터를 투과할 수 있는지 알 수 있다 투과 곡선에서 높은 봉우리에 해당되는 부분의 파장이 가장 투과가 잘되는 빛이다

392 흡광도는 투과율에 반비례하기 때문에 투과 곡선을 이용하면 흡수되는 빛의 파장도 짐작할 수 있다. A = - log T 이 실험에서 사용하는 필터는 한 파장(또는 한 색깔)만을 투과시키는 순수 필터일 필요는 없 다. 다른 파장의 빛을 충분히 흡수하여 필터를 통과한 후에 한 가지 색만 나타나는 정도라면 충분하다. 인광 조각이 들뜨는 임계 파장이 약 480nm이다. 긴 파장(에너지가 낮은)의 광자는 인광을 나 타내지 못하지만 짧은 파장(에너지가 큰)의 광자는 인광이 나타나게 한다. 위의 표를 보면 480nm는 파랑과 초록의 경계에 있다. 그래서 파랑이나 보라색 광자는 인광 조 각을 들뜨게 해서 인광이 나타나게 한다. 초록, 노랑, 주황, 빨간색 필터는 파랑과 보라 광자를 투과시키지 않고 대부분 흡수하므로 필터를 통과한 빛은 인광 조각을 들뜨게 할 만큼 에너지 가 충분하지 않다. 따라서 인광이 나타나지 않는다. 4. 인광 어떤 물질이 광자나 대전된 입자 또는 화학 변화로부터 에너지를 흡수하여 빛을 방출하는 현 상을 발광(Luminescence)이라고 한다. 발광에는 인광, 형광, 화학적 발광이 있다. 인광은 형광 이나 화학적 발광과 달리 에너지를 공급해주는 원인을 제거한 후에도 계속 빛을 방출한다. 그

393 래서 종종 잔광(afterglow)"이라고 불리기도 한다. 이 시범 실험에서 발광을 일으키는 에너지 원은 교실 불빛이다. 실험 카드에 있는 인광 조각은 불을 끈 후에도 계속 빛을 내므로 인광 물 질로 분류될 수 있다. 불빛을 제거한 후에도 인광체가 계속 빛을 내는 것은 왜 일까? 인광체의 에너지 다이아그램은 다음과 같다. 에너지 다이아그램 들뜬 상태 형광 인광 바닥상태 형광 물질과 인광 물질에 빛을 쬐어주면 빛 에너지를 흡수한다. 빛 에너지를 흡수한 전자는 들 뜬 상태가 되고 다시 바닥상태로 되돌아가려고 한다. 들뜬 상태의 전자가 바닥상태로 돌아갈 때 곧바로 떨어지느냐, 아니면 준안정상태를 거치느냐에 따라 형광과 인광으로 분류된다. 들뜬 상태의 전자가 곧바로 바닥상태로 돌아가면서 빛을 방출하는데, 이 빛이 가시 영역이라면 밝게 빛나는 색을 볼 수 있게 된다. 이것을 형광이라고 한다. 따라서 형광은 광원이 있을 때만 관찰할 수 있으며, 광원이 사라지면 형광도 곧 사라진다. 들뜬 상태의 전자가 곧바로 바닥상태로 떨어지지 않고 먼저 준안정 상태(중간 상태)로 옮아간 후 다시 바닥상태로 돌아가면서 빛을 방출하는 것을 인광이라고 한다. 인광 물질이 빛을 받으 면 전자가 들뜨게 되고 들뜬 상태의 전자가 처음 들뜬 상태 에너지보다 약간 낮은 또 다른 들 뜬 상태로 옮겨간다. 이 두 번째 들뜬 상태에서 전자가 바닥상태로 돌아가면서 빛을 방출한다. 인광이 불을 끈 다음에 빛을 내는 특성은 바로 두 들뜬 상태 간의 전이가 느리게 일어나기 때 문이다. - 일반적인 실험실 안전 규칙을 따른다

394 학생활동지 실험7. 광자의 에너지 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 시범 실험을 보고 빛의 세기(또는 밝기)와 빛의 에너지가 다름을 이해한다. 필터를 통한 여러 색의 빛 중 충분한 에너지를 가진 빛만이 인광을 일으킬 수 있다는 것을 이해하고 광자의 에너지와 파장과의 관계를 안다. 광자의 에너지(Energy in Photons) 실험 카드 광원 - 교실 빛 정도면 충분하다. 빨강 주황 필터 노랑 초록 파랑 보라 인광 조각 <Energy in Photons> 실험 카드 1. 광자의 에너지(Energy in Photons) 실험 카드안의 인광 조각을 약 15초 정도 교실 빛에 노출시킨 다음 교실의 불을 모두 끄고 완전히 깜깜하게 만든다. 인광 조각이 빛을 내는 것을 관 찰한 다음, 교실 불을 다시 켠다. 2. 빛이 실험 카드에 있는 6가지 빛깔의 필터를 투과한 후는 어떤 색깔의 빛으로 보이는지 관찰 한다

395 필터를 통과한 빛이 인광 조각에 비춰졌을 때 인광을 내는 것은 어떤 색의 빛일지 예측하 고 그 이유를 설명해 보자. 3. 실험 카드의 주변부를 종이로 잘 에워싼 다음, 시범용 카드를 교실 빛에 약 30초 정도 노출 시킨다. 교실의 불을 모두 끄고 완전히 깜깜하게 만든다. 실험 카드를 열고 어느 빛이 인광을 일으키는지 확인한다. 인광을 내는 빛은 무슨 색의 빛인가? 그 이유를 설명해 보자. 4. 빛의 세기가 다른 40W 전구와 100W 전구를 준비하여 실험 카드에 각각 빛을 쬐어준 다음 불을 끄고 어느 필터를 통과한 빛이 인광을 나타내는 지 관찰한다. 인광을 내는 빛은 무슨 색의 빛인가? 빛의 세기와 빛의 에너지는 어떤 관계가 있는가? 1. 인광을 낼만큼의 충분한 에너지를 가진 것은 푸른색과 보라색 빛이다. 노랑이나 주황색 빛과 같은 더 밝고 강도가 센 빛이 인광을 내지 못하는 이유는 무엇일까? 2. 인광 조각을 들뜬 상태로 만들어 빛나게 하려면 충분한 에너지를 가진 빛을 쬐어 주어야 한 다. 이 실험의 결과로 보아 광자의 에너지는 빛의 세기 및 빛의 파장과 어떤 관계가 있는가?

396 보 파 초 노 주 빨 라 랑 록 랑 황 강 ϒ선 자외선 적외선 전파 파장 전자기파 스펙트럼 보라색, 푸른색 빛을 쬔 인광 조각은 밝게 빛나지만 다른 색의 빛을 쬔 인광 조각은 빛을 내 지 않는다. 인광이 나타나려면 충분한 에너지를 가진 빛을 쬐어야 한다. 빛의 에너지는 빛의 밝기나 세기와는 관계가 없으며, 빛의 파장과 관계가 있다. 파장이 짧을 수록 빛의 에너지가 크다

397 실험8. 화학반응을 이용한 일몰 연출 청담고등학교 김영화 - 간단한 실험을 통해 콜로이드 용액을 만들고 화학반응에 의해 일몰을 연출한다. - 콜로이드와 앙금반응 - 틴들효과/빛의 분산 - 티오황산나트륨 용액의 티오황산이온(S 2O 3 2- )과 산의 수소이온(H + )이 만나 콜로이드 성질을 갖 는 황을 생성시키는 반응을 이용한 실험이다. S 2O 3 2- (aq) + 2H + (aq) S(s) + SO 2 + H 2O(l) 0.2M Na 2S 2O 3 100mL 1M HCl 60mL 페트리 접시 또는 유리접시 100x15mm 일몰을 위해 오려낸 두 종류의 그림 조각(그림 참조 : 야자나무 모양과 원모양을 둥글게 오려 낸 그림 조각.) OHP 하와이 음악(선택사항) 그림조각 #1 그림조각 #2 1. OHP에 #1 모양의 그림조각을 올려놓는다. 2. 그림조각 #1의 원안에 야자나무 그림조각 #2를 올려놓는다. 3. 페트리 접시를 그림조각 #1의 원안에, 그림조각 #2의 윗부분 에 놓는다. 4. OHP를 켜고 스크린에 초점을 맞춘다. 5. Na 2 S 2 O 3 용액 14mL를 측정하여 페트리 접시에 넣는다. 6. 8mL의 1M 염산을 페트리 접시에 넣는다. 7. 원한다면 하와이 음악 테이프를 틀어놓는다. 8. 스크린에 비친, OHP로부터 나오는 빛의 색을 관찰한다

398 - 산과 Na 2S 2O 3의 반응을 통해 생성된 앙금이 크기가 커지고 농도가 증가하면서 콜로이드 성질을 가지게 되면 빛의 분산에 의해 나타나는 틴들현상을 이용하여 화학적 반응에 의한 일몰을 연출한 다. - 이 활동은 위험한 요소와 반응이 포함되어 있으므로 활동을 시작하기 전에 주의사항과 물질의 성질에 대한 데이터를 잘 읽기 바란다. - 염산은 매우 높은 독성을 가지고 있으므로 섭취하거나 흡입하지 않도록 하며 특히 눈과 피부에 치명적이다. - 실험에서 생성된 황은 독성은 약하지만 피부에 독성이 있다. - 이산화황은 눈과 그 이외의 세포에 독성이 있다. - 보안경과 보호앞치마를 작용하기 바란다. - 실험에 의해 생성된 용액과 혼합물은 걸러서 고체는 쓰레기 매립지에 분리해서 묻고 거른 액은 물로 희석하여 탄산나트륨으로 중화하여 충분한 양의 물과 함께 배수시킨다. - 산 용액 속에 티오황산이온(S 2O 3 2- )이 녹아있으며 다음과 같은 반응에 의해 콜로이드 성질의 황 이 생성된다. S 2 O 3 2- (aq) + 2H + (aq) S(s) + SO 2 + H 2 O(l) - 콜로이드 성질의 황 입자가 커짐에 따라 OHP의 빛이 분산된다. 황 입자의 농도와 크기가 점점 커짐에 따라 짧은 파장의 빛은 분산되지만 긴 파장의 빛은 통과하게 되어 OHP의 빛에 붉은색이 생성된다. 결국, 콜로이드의 농도와 입자가 매우 커지면 빛은 더 이상 용액을 통과할 수 없게 된 다. - David Katz, Cabrini University in Radnor, PA

399 학생 활동지 실험8. 화학반응을 이용한 일몰 연출 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 간단한 실험을 통해 콜로이드 용액을 만들고 화학반응에 의해 일몰을 연출함으로써 앙금반응에 대하여 설명할 수 있다. - 콜로이드 용액을 만들어 봄으로써 콜로이드 용액의 특징인 틴들효과/빛의 분산에 대하여 설명 할 수 있다. 0.2M Na 2S 2O 3 100mL 1M HCl 60mL 페트리 접시 또는 유리접시 100x15mm OHP 일몰을 위해 오려낸 두 종류의 그림 조각(그림 참조 : 야자나무 모양과 원모양을 둥글게 오려 낸 그림 조각.) 하와이 음악(선택사항) - 염산은 매우 높은 독성을 가지고 있으므로 섭취하거나 흡입하지 않도록 하며 특히 눈과 피부에 치명적이다. - 실험에서 생성된 황은 독성은 약하지만 피부에 독성이 있다. - 이산화황은 눈과 그 이외의 세포에 독성이 있다. - 실험에 의해 생성된 용액과 혼합물은 걸러서 고체는 쓰레기 매립지에 분리해서 묻고 거른 액은 물로 희석하여 탄산나트륨으로 중화하여 충분한 양의 물과 함께 배수시킨다. - 보안경과 보호앞치마를 작용하기 바란다. 1. OHP에 #1 모양의 그림조각을 올려놓는다. 2. 그림조각 #1의 원안에 야자나무 그림조각 #2를 올려놓는다

400 3. 페트리 접시를 그림조각 #1의 원안에, 그림조각 #2의 윗부분에 놓는다. 4. OHP를 켜고 스크린에 초점을 맞춘다. 5. Na 2S 2O 3 용액 14mL를 측정하여 페트리 접시에 넣는다. 6. 8mL의 1M 염산을 페트리 접시에 넣는다. 7. 스크린에 비친, OHP로부터 나오는 빛의 색을 관찰한다. 그림조각 #1 그림조각 #2 1. 이 실험은 티오황산나트륨 용액의 티오황산이온(S 2 O 2-3 )과 산의 수소이온(H + )이 만나 콜로이드 성질을 갖는 황을 생성시키는 반 응을 이용한 실험이다. 이 실험에서 일어나는 반응을 화학반응식 으로 나타내어라. 2. 반응이 시작되면서 OHP에 올려놓은 그림은 어떻게 색변화가 일어나는가? 1. 실험에서 생성된 황의 입자가 점점 커짐에 따라 용액을 통과한 OHP의 빛이 붉은색으로 물드 는 이유는 무엇인가? 2. 이 실험에서 생성된 콜로이드 용액과 같은 물질에는 어떤 것이 있는지 예를 들어보자

401

402

403 실험9. 노랑과 파랑의 주기반응 청담고등학교 김영화 - 무색의 세 가지 용액을 섞으면 노란색 용액이 되었다가 갑자기 파랑색 용액으로 바뀌고 다시 노란색 용액으로 변한다. 몇 분의 간격을 두고 용액이 주기적으로 노란색과 파란색으로 변하는 주 기반응이 일어날 것이다. - 주기 반응 - 반응 메커니즘 - Briggs-Rauscher(BR) 반응의 전체반응식 IO - 3 (aq) +2H 2O 2(aq) + H + (aq) ICH(CO 2H) 2(aq) +2O 2(aq) + 3H 2O(l) - 두 단계의 반응 : HOI의 중간 생성물이 생긴다. IO - 3 (aq) +2H 2O 2(aq) + H + (aq) HOI(aq) + 2O 2(g) + 2H 2O(l) 반응식1 HOI(aq) + CH 2(CO 2H) 2(aq) ICH(CO 2H) 2(aq) + H 2O(l) 반응식2 8.6% H 2O 2 40mL 250mL 비커 0.2M KIO 3 40mL 50mL 눈금실린더 3개 녹말-malonic acid-mgso 4 40mL 유리막대 또는 교반자석과 교반기 1. 50mL 눈금실린더를 이용하여 8.6% H 2O 2 용액 40mL를 250mL 비커에 담는다. 2. 같은 방법으로 0.2M KIO 3 용액 40mL를 측정하여 1의 비커에 담는다. 3. 녹말-malonic acid-mgso 4 40mL를 측정하여 2의 비커에 담고 젓는다. 4. 거품이 나타나기 시작하면 짧은 시간동안에 용액은 노란색 파란색 무색으로 약 10분간 반복하여 변할 것이다

404 - 3% H 2 O 2 용액을 사용하더라도 반응이 일어나지만 색변화의 감도가 좋지 못하다. 그러므로 8~ 9% 용액을 추천한다. - 실험하는 동안 교반자석을 이용하여 용액을 저어도 되지만 실험의 처음부분에서 용액을 간단히 섞어 주기만 하여도 주기반응을 관찰할 수 있다. - 이 실험은 페트리 접시에서 OHP를 이용하여 시범실험을 할 수 있다. 각 용액을 약 5mL씩 같 은 비율의 양만큼 페트리 접시에 넣고 섞으면 노랑과 파랑의 주기반응을 관찰할 수 있다. - 수돗물 속의 Cl - 가 반응 용액에 포함되어 있으면 오염의 원인이 되어 주기 반응이 멈추므로 반 드시 증류수를 사용한다. - 실험 후 혼합 용액은 폐수통에 분리수거한다. - 이 주기반응은 Briggs-Rauscher(BR) 반응으로 알려져 있 으며 샌프란시스코에 있는 Galileo 고등학교의 Thomas S. Briggs와 Warren C. Rauscher에 의해 발전되었다. - 반응 메커니즘은 매우 복잡하며 주기반응이 일어나는 동 안 요오드와 요오드화 이온의 농도에 따라 반응이 일어난다. - I 2의 농도가 증가하면 노란색으로 변하며 I - 와 I 2의 농도가 amylose 증가하면 녹말-요오드 착화합물이 생겨 검푸른 색으로 변한 다. 또한 I 2 농도가 감소하고 I -의 농도가 증가하면 무색 용액이 된다. - 검푸른 녹말-요오드 착화합물은 아밀로오즈-요오드이다. 아밀로오즈는 그림과 같이 α-포도당 단위체가 1, 4지점에서 연결되어 사슬 구조로 이루어진 선형 녹말 조각이다. - Briggs-Rauscher(BR) 반응의 전체반응식은 다음과 같다. IO - 3 (aq) +2H 2O 2(aq) + H + (aq) ICH(CO 2H) 2(aq) +2O 2(aq) + 3H 2O(l) - 이 반응은 두 단계의 반응으로 일어나며 HOI의 중간 생성물이 생긴다. IO 3 - (aq) +2H 2O 2(aq) + H + (aq) HOI(aq) + 2O 2(g) + 2H 2O(l) 반응식1 HOI(aq) + CH 2 (CO 2 H) 2 (aq) ICH(CO 2 H) 2 (aq) + H 2 O(l) 반응식2 - 위의 두 반응식 각각은 매우 복잡하여 10단계로 이루어져 있으며 반응의 여러 단계에서 I 2와 I - 가 중간생성물로 생성된다. - 위의 반응 메커니즘에서 HOI의 농도 증감함에 따라 용액 속의 I - 와 I 2 농도 변화가 주기반응의 계기가 된다. - malonic acid와 IO - 3 가 모두 소모될 때까지 주기 반응은 계속되며 좀 더 자세한 메커니즘은 다

405 음과 같다. ** 좀 더 자세한 반응 메커니즘 ** 중간 생성물 HOI의 생성을 포함하는 전체 반응식은 다음과 같다. IO - 3 (aq) +2H 2O 2(aq) + H + (aq) HOI(aq) + 2O 2(g) + 2H 2O(l) 반응식1 HOI(aq) + CH 2(CO 2H) 2(aq) ICH(CO 2H) 2(aq) + H 2O(l) 반응식2 1. 반응식1에서 H 2O 2에 의해 IO 3 - 가 감소하면 래디컬 메커니즘인 1a와 non-래디컬 메커니즘인 1b 가 서로 경쟁한다. ** 1a- 래디컬 메커니즘 ⅰ. 2IO HIO 2 + 2H + 4IO + 2H 2O ⅱ. 4IO 2 + 4Mn H 2 O 4HIO 2 + 4Mn(OH) 2+ ⅲ. 4Mn(OH) H 2O 2 4Mn H 2O + 4HOO ⅳ. 4HOO 2H 2O 2 + 2O 2 ⅴ. 2HIO 2 IO HIO + H + ** 1b- non-레디컬 메커니즘 ⅰ. IO I - + 2H + HIO 2 + HIO ⅱ. HIO 2 + I - + H + 2HIO ⅲ. 2HIO + 2H 2O 2 2I - + 2O 2 + 2H + + 2H 2O 2. 반응2는 두 단계의 과정으로 반응이 일어난다. ⅰ. I - + HIO + H + I 2 + H 2O ⅱ. I 2 + CH 2 (CO 2 H) 2 ICH(CO 2 H) 2 + H + + I - - 반응물을 섞으면 IO - 3 가 H 2O 2와 반응하여 약간의 HIO 2가 생성된다. HIO 2가 나타나면 1a의 래디 컬 메커니즘이 시작된다. ⅰ단계에서 ⅴ단계까지 빠르게 진행되어 HOI(hydroiodeus acid)도 빠르 게 생성된다. 1a 반응이 반응 2보다 빠르고 [I-}가 낮으면 [HOI]가 높아진다.❶ HOI는 I - 와 I 2의 생성의 기폭제가 된다.(그림1 참조) - HOI는 H 2 O 2 에 의해 감소하여 I - 를 생성시킨다. [I - ]가 증가함에 따라❷ HOI는 I - 와 반응하여(반 응 2의 ⅰ) I 2를 생성 시킨다. 이 지점에서는 I 2의 농도가 아직 낮아 용액도 여전히 무색이다. - 이제 HOI와 I -, I 2의 농도는 계속해서 증가한다. [I - ]가 증가함에 따라 HIO 2와의 반응속도는(1b의 ⅱ) 래디컬 단계ⅰ과 ⅱ의 반응속도를 가속화시켜 래디컬 반응 단계가 끝나게 된다. 이제 [I - ]와 [I 2]는 높아지고 용액은 푸른색으로 변한다.❸ - 반응 2의 첫 번째 단계를 따라 non-래디컬 과정이 진행되어 I - 와 HOI를 모두 감소시킨다. [I 2] 가 생성됨에 따라 용액은 노란색으로 변한다.❹ [I - ]와 [HOI] 가 충분히 낮아지면 반응 2의 ⅱ 단 계에서 malonic acid가 I 2를 전환시켜 [I 2]가 감소하게 된다. - 낮은 [I - ]에서 래디컬 메커니즘의 ⅰ과 ⅱ단계의 속도는 가속되어 non-래디컬 반응의 ⅰ단계에 게 래디컬 메커니즘을 넘겨준다. [I2]가 충분히 낮아지면 용액은 다시 무색이 된다. 이 과정은 malonic acid나 I-가 소모될 때까지 주기적으로 계속 반복된다. - 더 완벽한 반응 메커니즘은 Shakhashiri와 그 참고사항을 보라

406 - Briggs, T. S. and Rauscher, W. C. J. Chem. Ed., 1973, 50, Kolb, D. J. Chem Ed, 1988, 65, Shakhashiri, B. Z. Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry of Wisconsin Press: Madison; 1985; Vol. 2, pp

407 실험10. OHP를 이용한 화학평형 실험 청담고등학교 김영화 - 무색의 용액에 어떤 용액을 첨가한 후 결정을 첨가하면 짙은 오렌지색이 나타난다. 또 다른 어 떤 결정을 첨가하면 짙은 오렌지색이 사라진다. 더 많은 용액과 처음의 결정을 넣으면 다시 색이 나타난다. - 착이온 - 화학평형 - 르샤틀리에의 법칙 Fe 3+ (aq) + SCN - (aq) FeSCN 2+ (aq) 반응식1 오렌지색 무색 붉은 오렌지 Fe 3+ (aq) + H 2PO - 4 (aq) [FeH 2PO 4] 2+ (aq) 반응식2 오렌지색 무색 무색 0.002M KSCN 20mL 0.2M Fe(NO 3) 3 6방울 KSCN 1g NaH 2PO 4 H 2O 1g 눈금실린더 50mL 페트리 접시 약수저 OHP 1. 50mL 눈금실린더를 이용하여 KSCN 용액 20mL를 측정하여 페트리 접시에 담고 OHP에 페트 리 접시를 올려놓는다

408 2. KSCN 용액이 담긴 페트리 접시의 한 쪽 부분에 Fe(NO 3 ) 3 용액 5방울을 떨어뜨리면 Fe(NO 3 ) 3 용액보다 약간 짙은 오렌지색이 나타날 것이다. 3. 용액의 색이 모두 균일한 오렌지색이 되도록 저어준다. 4. 완두콩 1/2크기의 KSCN를 용액의 한 곳에 넣는다. 짙은 오렌지색이 나타나더라도 약30초 동 안 기다리면 짙은 오렌지색이 용액 전체에 퍼지는 것을 관찰할 수 있다. 5. 용액을 저어주면 결정이 녹고 용액 전체가 균일하게 짙은 오렌지색으로 변한다. 6. 완두콩 1/4 크기의 NaH 2 PO 4 H 2 O 결정을 첨가하고 약 60초 동안 기다리면 결정 주변의 색이 용액의 나머지 부분보다 밝은 오렌지색으로 변한다. 이것은 용액 속 이온의 확산에 대한 좋은 예 이다. 7. 용액의 색이 사라질 때까지 결정이 모두 녹도록 저어준다. 8. Fe(NO 3) 3 용액 한 방울을 첨가하면(젓지 않는다.) 혈액의 색과 같은 붉은색이 관찰된다. 9. 완두콩 크기의 KSCN 결정을 용액의 한 쪽에 넣고 약 30초 동안 기다리면 결정 주변의 색이 오렌지색으로 변하는 것을 관찰할 수 있다. - 8과 9 단계에서 용액의 색이 사라져도 Fe 3+ 와 SCN - 가 여전히 존재할까? - OHP로 시범실험을 할 때 화학반응식을 함께 제시하고 평형이동을 설명하면, 또는 학생이 설명 하도록 하면 더욱 효과적이다. - 용액을 저을 때 유리막대나 나무젓가락을 이용한다. - KSCN은 섭취하면 매우 독성이 있으며 가열하면 독성이 강한 시안화물이 생성된다. - Fe(NO 3) 3 용액은 피부와 세포에 자극적이며 NaH 2PO 4 H 2O도 섭취하면 일반적으로 독성이 있 다. - 방염장갑과 보안경을 착용한다. - 실험한 용액은 다량의 물과 함께 싱크대에 버린다. - Fe(NO 3) 3 용액은 쉽게 착색되므로 즉시 버리고 용기를 씻어둔다. - Fe 3+ 와 SCN - 가 짙은 빨간색의 착이온 FeSCN 2+ 를 만든다(반응식1). 용액에 Fe(NO 3 ) 3 나 KSCN을 더 넣어주면 반응식1에서 반응물의 농도가 증가하게 되어 화학평형은 오른쪽으로 이동하여 정반 응이 일어난다. 이러한 효과를 르샤틀리에의 법칙이라고 한다. 어떤 반응조건에서의 변화는 그 변화를 방해하는 방향으로 평형이동이 일어나는 원인이 된다. - NaH 2PO 4 H 2O를 첨가하면 왼쪽의 역반응이 진행되도록 평형이동이 일어난다. 이것은 무색의 [FeH 2PO 4] 2+ 착이온을 형성하기 위해 Fe 3+ 와 H 2PO - 4 이온이 경쟁하게 하는 원인이 된다

409 Fe 3+ (aq) + SCN - (aq) FeSCN 2+ (aq) 반응식1 오렌지색 무색 붉은 오렌지 Fe 3+ (aq) + H 2PO 4 - (aq) [FeH 2PO 4] 2+ (aq) 반응식2 오렌지색 무색 무색 - Jim과 Julie, Peddre School, Hightstown, EalyNJ

410 학생 활동지 실험10. OHP를 이용한 화학평형 실험 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 무색의 용액에 어떤 용액과 결정을 첨가하여 착이온의 짙은 오렌지색이 나타나게 하고 또 다른 어떤 결정을 첨가하여 착이온의 짙은 오렌지색이 사라지게 하는 반응을 이용하여 화학평형과 르 샤틀리에의 법칙을 설명할 수 있다 M KSCN 20mL KSCN 1g 눈금실린더 50mL 약수저 0.2M Fe(NO 3) 3 6방울 NaH 2PO 4 H 2O 1g 페트리 접시 OHP - KSCN은 섭취하면 매우 독성이 있으며 가열하면 독성이 강한 시안화물이 생성된다. - Fe(NO 3) 3 용액은 피부와 세포에 자극적이며 NaH 2PO 4 H 2O도 섭취하면 일반적으로 독성이 있다. - 실험한 용액은 다량의 물과 함께 싱크대에 버린다. - Fe(NO 3) 3 용액은 쉽게 착색되므로 즉시 버리고 용기를 씻어둔다. - 방염장갑과 보안경을 착용한다 mL 눈금실린더를 이용하여 KSCN 용액 20mL를 측정하여 페트리 접시에 담고 OHP에 페트 리 접시를 올려놓는다. 2. KSCN 용액이 담긴 페트리 접시의 한 쪽 부분에 Fe(NO 3) 3 용액 5방울을 떨어뜨리면 Fe(NO 3) 3 용액과 비교하여 용액의 색이 어떻게 변하는가? 3. 용액의 색이 모두 균일한 색이 되도록 저어준다. 4. 완두콩 1/2크기의 KSCN를 용액의 한 곳에 넣는다. 색이 변하더라도 약30초 동안 기다리면서 용액의 색이 어떻게 변하는지 관찰한다. 5. 용액을 저어주면 용액이 어떻게 변하는지 관찰한다. 6. 완두콩 1/4 크기의 NaH 2PO 4 H 2O 결정을 첨가하고 약 60초 동안 기다리면 결정 주변의 색이

411 용액의 나머지 부분과 비교할 때 어떤 색으로 변하는지 관찰한다. 7. 용액의 색이 사라질 때까지 결정이 모두 녹도록 저어준다. 8. 젓지 않고 Fe(NO 3) 3 용액 한 방울을 첨가하면 어떤 색으로 변하는지 관찰한다. 9. 완두콩 크기의 KSCN 결정을 용액의 한 쪽에 넣고 약 30초 동안 기다리면 결정 주변의 용액 색이 어떻게 변하는 것을 관찰한다. 1. 이 실험에서 일어나는 반응은 다음의 두 단계에 의해 진행된다. 과정 4에서 완두콩 1/2크기의 KSCN를 용액의 한 곳에 넣으면 용액의 색이 어떻게 변하며 그 이유는 무엇인가? Fe 3+ (aq) + SCN - (aq) FeSCN 2+ (aq) 반응식1 오렌지색 무색 붉은 오렌지 Fe 3+ (aq) + H 2PO - 4 (aq) [FeH 2PO 4] 2+ (aq) 반응식2 오렌지색 무색 무색 2. 과정 6에서 용액에 완두콩 1/4 크기의 NaH 2PO 4 H 2O 결정을 첨가하면 용액의 색은 어떻게 변 하며 그 이유는 무엇인가? 3. 과정 8에서 Fe(NO 3 ) 3 용액 한 방울을 첨가하면 용액의 색이 어떻게 변하며 그 이유는 무엇인 가? 1. 과정 4에서 완두콩 1/2크기의 KSCN을 용액에 넣었을 때와 과정 6에서 완두콩 1/4 크기의 NaH 2 PO 4 H 2 O 결정을 용액에 넣었을 때 처음에는 넣어준 결정의 주변만 색이 변하였지만 저어 주지 않아도 시간이 지남에 따라 용액 전체에 색변화가 일어나는 이유는 무엇인가? 2. 이 실험결과를 이용하여 화학평형에 대한 르샤틀리에의 법칙을 정리하여라

412 실험11. 사라지는 무지개 청담고등학교 김영화 - 지시약에 산 염기를 첨가함에 따라 용액의 무지개 색이 나타났다 사라졌다 하는 실험 - 산과 염기 - ph 지시약 0.1M HCl 1L 0.1M NaOH 1L 지시약 6가지(자주, 파랑, 녹색, 노랑, 오렌지색, 빨강) 3M NaOH 50mL(선택사항) 400mL 비커 6개 1000mL 비커 2개 2L 비커(선택사항) 증류수 교사가 미리 준비해야할 지시약이 담긴 6가지 비커 mL 비커를 OHP에 올려놓는다. 2. 첫 번째 비커에 자주색의 지시약 용액을 3방울 떨어뜨린다. 3. 차례대로 비커에 파란색, 녹색, 노란색, 오렌지색, 빨간색 지시약을 3방울씩 넣는다. 4. 각 지시약에 들어있는 용매가 증발될 때까지 비커를 그대로 놓아둔다 M의 NaOH 100mL에 증류수를 첨가하여 1L의 용액을 만들어 0.01M의 용액으로 희석한다. 0.1M의 HCl 용액도 같은 방법으로 희석한다. 2. 교사가 비커에 6가지 지시약을 넣어 용매를 날려버린 6개의 비커에 0.01M HCl 용액 50mL를 가한다. 모든 비커의 색이 무색으로 변할 것이다. 3. 6개의 비커에 0.01M의 NaOH 75mL를 가한다. 6개의 비커 모두 처음의 무지개 색을 나타낼 것이다. 4. 과정 3의 비커에 0.01M의 HCl 용액 100mL를 가하면 모든 비커의 용액이 다시 무색으로 변할 것이다. 5. (선택사항) 충분한 양의 3M NaOH 용액을 색이 사라질 때까지 과정 4의 비커에 가한다

413 - 95%의 에탄올에 지시약을 녹여 실험이 시작되기 전에 알코올은 모두 증발시켜 학생들이 비커 안의 지시약을 눈치 채지 않도록 준비한다. - 이 실험에서 준비한 지시약 중에서 빨간색과 오렌지색은 페놀프탈레인과 p-니트로페놀을, 노란 색은 p-니트로페놀을, 녹색은 티몰프탈레인과 p-니트로페놀을 배합한 것을, 파란색은 티몰프탈레 인을, 자주색은 페놀프탈레인과 티몰프탈레인을 배합한 것을 95% 에탄올에 녹인 것이다. - 각 단계에서 첨가하는 산과 염기의 정확성은 그다지 중요하지 않다. 첨가할 산 염기의 양은 비 커의 용액이 중성을 넘어 처음과 비교하여 반대의 액성을 가질 만큼만 첨가하면 된다. - 각 단계에서 첨가된 산과 염기의 부피를 계산할 때 50mL 또는 125mL의 눈금이 있는 비커를 이용하여도 된다. - 이 시범실험은 음악과 함께 보여주면 더욱 효과가 있는 마술쇼 이다. - HCl 용액은 희석되었다 하더라도 눈과 피부, 조직세포에 부식성이 있다. - 희석된 NaOH 용액이라 하더라도 피부에 손상을 주며 특히 눈에 위험하다. - 그러므로 방염장갑과 보안경, 방염앞치마를 착용한다. - 실험의 마지막에서 나오는 용액은 다량의 물과 함께 싱크대에 버려도 무방하다. - 이 시범실험에서는 페놀프탈레인과 티몰프탈레인, p-니트로페놀의 세 가지 지시약이 무지개 색 을 만들어낸다. 모든 지시약은 산성용액에서 무색을 나타낸다. 염기성 용액에서 페놀프탈레인은 붉은색, 티몰프탈레인은 파란색, p-니트로페놀은 노란색을 나타낸다. 이 세 가지의 색을 혼합하여 스펙트럼의 어떤 색도 만들 수 있다. - 각 지시약의 ph 변색범위는 다음 표와 같다. 지시약 ph 변색범위 색변화 페놀프탈레인 무색에서 붉은색 p-니트로페놀 무색에서 노란색 티몰프탈레인 무색에서 파란색 - 사라지는 무지개 색 의 이 실험에서의 색변화에 대한 ph 변색범위는 이다. 모든 색이 섞일 때 ph 7의 중성용액은 p-니트로페놀에 의해 엷은 노란색이 나타날 것이다. 약염기성의 용액 (ph 8)이 되면 모든 용액은 분홍색이 된다. - 이 시범실험은 산 염기 반응과 ph 지시약에 대한 토론을 원활하게 이끌어낼 수 있는 실험이 다

414 - 이 실험 활동은 다음의 국립과학교육표준(1996, 미국)과 관련이 있다. 1. 개념과 과정의 통합 : K-12등급 체계, 순서와 조직 증명, 모델, 설명 2. 내용표준 : 5-8등급 내용표준 A : 탐구로서의 과학 내용표준 B : 물리학, 물질에 대한 성질과 변화 3. 내용표준 : 등급 9-12 내용표준 : 탐구로서의 과학 내용표준 B : 물리학, 화학반응 - Shakhashiri, B. Z. Chemical Demonstrations; University of Wisconsin : Madison, WI, 1989; Vol. 3, pp

415 학생 활동지 실험11. 사라지는 무지개 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 지시약에 산 염기를 첨가함에 따라 용액의 무지개 색이 나타났다 사라졌다 하는 실험을 통해 산 염기의 중화반응과 ph 지시약의 역할을 설명할 수 있다. 0.1M HCl 1L 0.1M NaOH 1L 지시약 6가지(자주, 파랑, 녹색, 노랑, 오렌지색, 빨강) 3M NaOH 50mL(선택사항) 400mL 비커 6개 1000mL 비커 2개 2L 비커(선택사항) 증류수 교사가 미리 준비해야할 지시약이 담긴 6가지 비커 mL 비커를 OHP에 올려놓는다. 2. 첫 번째 비커에 자주색의 지시약 용액을 3방울 떨어뜨린다. 3. 차례대로 비커에 파란색, 녹색, 노란색, 오렌지색, 빨간색 지시약을 3방울씩 넣는다. 4. 각 지시약에 들어있는 용매가 증발될 때까지 비커를 그대로 놓아둔다. - HCl 용액은 희석되었다 하더라도 눈과 피부, 조직세포에 부식성이 있다. - 희석된 NaOH 용액이라 하더라도 피부에 손상을 주며 특히 눈에 위험하다. - 방염장갑과 보안경, 방염앞치마를 착용한다 M의 NaOH 100mL에 증류수를 첨가하여 1L의 용액을 만들어 0.01M의 용액으로 희석한다. 0.1M의 HCl 용액도 같은 방법으로 희석한다. 2. 선생님이 준비하여 나누어준 6개의 비커에 0.01M HCl 용액 50mL를 가하고 색변화를 관찰한다. 3. 과정 2의 6개의 비커에 0.01M의 NaOH 75mL를 가하고 색변화를 관찰한다. 4. 과정 3의 비커 6개에 0.01M의 HCl 용액 100mL를 가하면 모든 비커의 용액이 어떻게 변하는가? 5. (선택사항) 충분한 양의 3M NaOH 용액을 과정 4의 비커에 가하고 용액의 색변화를 관찰한다

416 1. 처음 6개의 비커에 0.01M의 HCl 50mL의 용액을 가했을 때 용액의 색은 어떻게 변하였는가? 2. 과정 3에서 비커 6개에 0.01M의 NaOH 용액 75mL를 가하면 6개의 비커에 담긴 용액의 액성과 색은 어떻게 변하였는가? 3. 과정 4에서 0.01M의 HCl 용액 100mL를 가하면 모든 비커에 담긴 용액의 액성과 색은 어떻게 변하였는가? 1. 처음 6개의 비커에 0.01M의 HCl 50mL의 용액을 가한 후 0.01M의 NaOH 75mL 0.01M의 HCl 100mL 충분한 양의 3M NaOH 순으로 점점 용액의 양을 많이 가해주는 이유는 무엇인 가? 2. 용액이 산성 또는 염기성 용액인지를 판단하기 위해 사용될 수 있는 방법에 대하여 설명하여 라

417 실험12. 몰려오는 위의 통증을 잡아라! 청담고등학교 김영화 - 산화마그네슘 밀크에 만능지시약을 섞은 후 가상으로 만든 위산에 만들어 놓은 제산제를 넣고 녹이면 드라마틱한 무지개 색을 관찰할 수 있다. 이 시범실험은 산 염기 중화반응과 용해도, K sp, 제산제 테스트 의 소비자 화학의 개념을 가르치기에 좋은 실험이다. - 산 염기 중화반응 - 용해도와 K sp - 제산제 - Mg(OH) 2(s) + 2H + (aq) 2H 2O(l) + Mg 2+ (aq) 반응식1 - Mg(OH) 2 (s) Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) 반응식2 - H + (aq) + OH - (aq) H 2O(l) 반응식3 수산화마그네슘(Mg(OH) 2 ) 밀크 20mL 3M의 HCl 약 20mL 1%의 만능지시약 4-5mL 증류수 800mL 1L 비커 피펫 눈금실린더 25mL 또는 50mL 교반기와 교반자석 1. 눈금실린더를 이용하여 20mL의 수산화마그네슘 밀크를 측정하여 1L 비커에 넣는다. 2. 교반기에 비커를 올려놓고 교반자석을 넣는다. 3. 전체 부피가 약 800mL 정도 될 때까지 비커에 물과 얼음조각을 넣고 혼합물에 소용돌이가 생 기도록 교반기를 이용하여 용액을 저어준다

418 4. 만능지시약을 약 4-5mL 가하고 용액의 윗부분에서 수산화마그네슘밀크 부유물의 색이 진한 자주색으로 변하는가를 관찰한다. 진한 자주색은 용액이 염기성일 때의 지시약의 색이다. 5. 3M의 HCl 용액 2-3mL를 가하면 혼합물은 빨리 붉은색으로 변하며 만능지시약의 모든 색변 화를 거쳐 자주색으로 되돌아온다. 6. 만능지시약의 색이 청자색으로 되돌아올 때까지 기다렸다가 한 번에 3M의 HCl 용액 2-3mL 씩을 가하여 이 과정이 반복하여 일어나도록 한다. 7. 모든 수산화마그네슘이 녹기 전까지 HCl과 반응하여 이 과정이 수없이 반복될 것이다. 8. 더 많은 산을 가하면 색변화는 더 빠르게 일어날 것이며 결국에는 부유물이 완전히 녹아 맑은 붉은색의 용액으로 변할 것이다. - 1L 비커를 사용할 수 없으면 600mL나, 400mL 비커를 사용한다. - 교반기를 사용할 수 없으면 유리막대로 저어도 된다. - 실험에 사용하는 HCl 용액은 3M이다. 실제로 위산의 ph 범위는 M HCl 용액이다. 그러 나 이 실험에서 3M의 HCl을 사용한 것은 전체 산의 부피에 제한을 두어 적당한 산의 부피와 반 응이 진행되도록 하기 위해서이다. - 얼음을 넣고 반응을 진행하는 이유는 반응을 느리게 진행시켜 만능지시약의 색변화를 모두 관 찰하기 위함이다. 얼음을 사용하지 않아도 실험을 수행할 수 있다. - -5, 25, 60 에서 반응을 진행하여 반응속도에서의 온도효과를 비교할 수 있다. - 이 활동은 위험한 물질을 사용하며 위험한 실험과정을 거치므로 실험실 안전준수사항을 잘 지킨다. - 산화마그네슘 밀크는 실험실에서만 사용해야 하며 실험실 약품장 안에 보관해야 하며 사람의 복용약제와 함께 두지 않는다. - HCl 수용액은 먹거나 흡입하면 독성이 있으며 피부와 눈에 대해 부식성이 있다. - 만능지시약은 알코올-염기성 발화성 용액이므로 불꽃을 가까이 하지 않는다. - 방염장갑과 보안경, 방염앞치마를 착용한다. - 마지막 용액은 중화하여 폐수통에 버린다. - 여분의 산화마그네슘 밀크도 안전하게 폐수통에 버린다. - 마그네슘밀크 속에 들어있는 반응물질은 수산화마그네슘(Mg(OH) 2)이다. 이 물질은 물속에서 용 해도가 매우 낮으므로 부유물의 형태로 떠있다. (용해도 : 찬물에서 g/100mL, 뜨거운 물에 서 0.004g/100mL) - 소량의 Mg(OH) 2가 물에 녹아있으므로 처음 실험을 시작할 때 용액은 약한 염기성이다. 그러므 로 만능지시약은 약 ph 10의 자주색을 나타낸다. 가상의 위액인 염산을 첨가하면 산이 비커에 퍼

419 져 혼합물은 빠르게 붉은색으로 변한다. 처음에는 용액속의 소량의 Mg(OH) 2 을 중화시키지만 과 량의 HCl은 용액의 액성을 산성으로 나타내는데 작용한다. 만능지시약의 ph 색변화 ph 색 붉은색 오렌지색 노란색 초록색 녹청색 푸른색 자주색 - 과량의 HCl은 부유물로 있는 Mg(OH) 2 이 용액 속에 점차로 녹아들어가는 원인이 된다. Mg(OH) 2이 점점 더 녹아 들어가면 산이 점점 중화되어 결국 소량의 Mg(OH) 2 때문에 용액은 다 시 염기성이 될 것이다. 만능지시약을 가해주면 이런 과정을 관찰할 수 있다. 반응이 진행되는 동 안 혼합물의 색변화는 만능지시약의 전체 색변화-붉은색에서부터 자주색까지-를 관찰할 수 있다. Mg(OH) 2가 모두 녹아 결국 용액이 중성이 될 때까지 위산을 더 첨가해줌으로써 여러 번 반복하 여 이 과정을 관찰할 수 있다. - Mg(OH) 2 는 물에 대한 용해도가 작아 약염기성으로 분류된다. 이러한 용해도의 제한은 한꺼번 에 모두 녹지 않고 서서히 녹기 때문에 상업적으로 위산을 중화하기 위한 제산제로 쓰인다. 이 중 화반응은 약염기 Mg(OH) 2와 강산 HCl 사이에서 일어나며 전체 반응식은 다음의 반응식1과 같다. Mg(OH) 2 (s) + 2H + (aq) 2H 2 O(l) + Mg 2+ (aq) 반응식1 - 강산 HCl에서 반응에 참여하는 이온은 H + 인 반면에 Mg(OH) 2는 약염기성이라서 반응에 참여하 는 것은 녹지 않은 Mg(OH) 2 분자이다. 그러므로 산 염기 반응은 Mg(OH) 2분자와 H + 가 반응물로 참여한다. 생성물은 용액 속에 존재하는 H 2 O와 Mg 2+ 이다. HCl에서 이온화된 Cl - 은 반응에 참여하 지 않으므로 구경꾼이온이다. - Mg(OH) 2는 실제적으로 불용성염이지만 물에 넣으면 소량이 녹아 이온화한다. Mg(OH) 2의 용해 범위는 용해도 생성 상수인 K sp 로 나타낼 수 있다. 25 에서 Mg(OH) 2 에 대한 용해도 상수는 K sp= 이다. 그러므로 매우 작은 양의 Mg(OH) 2가 물에 녹아 이온화되며 반응식2에서 평형은 왼쪽으로 훨씬 치우쳐 있다. Mg(OH) 2 (s) Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) 반응식2 - 이 시범실험의 시작지점에서 아직 산을 가하지 않고 Mg(OH) 2 밀크를 넣었을 때 물속에는 매우 소량의 Mg 2+ 와 OH - 만이 존재한다. Mg(OH) 2밀크가 담겨있는 비커에 산을 첨가함에 따라 HCl에서 이온화된 H + 가 Mg(OH) 2 로부터 이온화되어 나온 OH - 와 반응한다.(반응식3) H+(aq) + OH-(aq) H 2O(l) 반응식3 - H + (위산)와 OH - (제산제) 사이의 반응은 물을 생성하면서 OH - 를 제거하므로 반응식2의 화학평 형을 오른쪽으로 이동하게 한다. H + 에 의해 용액속의 OH - 가 제거됨에 따라 르샤틀리에의 법칙에 의해 사라진 OH - 를 보충하기 위해 점점 더 많은 Mg(OH) 2가 녹게 된다. 더 많은 산이 첨가되면 모두 녹을 때까지 더 많은 Mg(OH) 2가 녹아 반응은 반응식2에서 알 수 있듯이 오른쪽으로 완전히 평형이동하게 된다. 반응의 마지막 순간에 Mg(OH) 2 밀크 용액은 맑은 산성용액(만능지시약의 색이 붉은색을 띤다)이 된다. 이것은 Mg(OH) 2가 완전히 녹았음을 나타낸다. 이점에서 Mg(OH) 2밀크의 제산제의 파워 또는 산의 중화능력 을 확인할 수 있다. - Hapkiewicz, Okemos High School, Okemos, MI Penny Sconzo, Westminster School, Atlanta, GA - Summerlin, L, R.; Borgford, C, L.: Ealy, J. B. Chemical Demonstrations: A Source for Teacher, Vol. 2; American Chemical Society: Washington, DC. 1988; p

420 학생 활동지 실험12. 몰려오는 위의 통증을 잡아라! 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 산화마그네슘 밀크에 만능지시약을 섞은 후 가상으로 만든 위산에 만들어 놓은 제산제를 넣고 녹여 지시약의 색변화를 관찰함으로써 산 염기 중화반응과 용해도, K sp, 제산제 테스트 의 화학 의 개념을 설명할 수 있다. 수산화마그네슘(Mg(OH) 2) 밀크 20mL 1%의 만능지시약 4-5mL 1L 비커 눈금실린더 25mL 또는 50mL 3M의 HCl 약 20mL 증류수 800mL 피펫 교반기와 교반자석 - 산화마그네슘 밀크는 실험실에서만 사용해야 하며 약품장 안에 보관해야 하며 사람의 복용약제 와 함께 두지 않는다. - HCl 수용액은 먹거나 흡입하면 독성이 있으며 피부와 눈에 대해 부식성이 있다. - 만능지시약은 알코올-염기성 발화성 용액이므로 불꽃을 가까이 하지 않는다. - 방염장갑과 보안경, 방염앞치마를 착용한다. 1. 눈금실린더를 이용하여 20mL의 수산화마그네슘 밀크를 측정하여 1L 비커에 넣는다. 2. 교반기에 비커를 올려놓고 교반자석을 넣는다. 3. 전체 부피가 약 800mL 정도 될 때까지 비커에 물과 얼음조각을 넣고 혼합물에 소용돌이가 생 기도록 교반기를 이용하여 용액을 저어준다. 4. 만능지시약을 약 4-5mL 가하고 용액의 윗부분에서 수산화마그네슘밀크 부유물의 색 변화를 관찰한다. 5. 부유물의 색이 변화하면 3M의 HCl 용액 2-3mL를 가한 후 혼합물의 색변화를 관찰한다. 6. 만능지시약의 색이 청자색으로 되돌아올 때까지 기다렸다가 한번에 3M의 HCl 용액 2-3mL씩 을 가하여 용액의 색변화를 반복하여 관찰한다

421 7. 한번에 3M의 HCl 용액 2-3mL씩 산을 가할 때마다 색변화가 일어나는 속도는 어떻게 되며 결국에는 수산화마그네슘의 부유물과 용액의 색이 어떻게 변하는지 관찰한다 mL의 수산화마그네슘과 교반자석을 1L의 비커에 넣고 800mL가 될 때까지 50 의 물을 담 아 같은 실험을 반복하여 얼음물로 실험하였을 때와 색변화 속도를 비교한다. 1. 수산화마그네슘 밀크를 물에 녹였을 때 어떻게 이온화하는가? 수산화마그네슘 수용액이 약염기 성을 띠는 이유는 무엇인가? 2. Mg(OH) 2 수용액에 염산을 가했을 때 일어나는 반응을 화학반응식으로 나타내어라. 3. 처음 실험에서 얼음을 이용하여 수산화마그네슘을 녹이는 이유는 무엇인가? 또 50 의 더운 물 로 실험했을 때와 비교할 때 만능지시약의 색변화 속도는 어떻게 달랐는가? 1. Mg(OH) 2는 실제적으로 불용성염이지만 물에 넣으면 소량이 녹아 이온화한다. Mg(OH) 2의 용해 도 상수는 K sp = 이다. 그러므로 매우 작은 양의 Mg(OH) 2 가 물에 녹아 이온화되며 반응식2 에서 평형은 왼쪽으로 훨씬 치우쳐 있다. 여기에 3M의 HCl을 소량 가하면 화학평형은 어느 쪽으 로 이동하며 Mg(OH) 2는 어떻게 변하겠는가? Mg(OH) 2 (s) Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) 반응식2 2. Mg(OH) 2 수용액에 3M의 HCl 수용액을 소량씩 가할 때마다 만능지시약의 색변화가 반복되는 이유는 무엇인가? 3. Mg(OH) 2와 같이 제산제로 쓰일 수 있는 물질의 예를 들고 그 물질들이 공통적으로 가져야할 성질은 무엇인지 적어보자

422 실험13. 슈퍼 고분자 젤 청담고등학교 김영화 - 이 실험은 슈퍼 고분자 젤이 수소결합에 의한 강한 점성도를 이용하여 중력에 대항하여 비커의 벽면을 거슬러 올라오는 모습의 반중력에 대한 시범실험이다. - 고분자 화합물 - 수소결합 - 점성도 무수알코올(메틸알코올 또는 에틸알코올) 25mL 폴리에틸렌 옥사이드 3-4g 형광 염색제(플루오레세인(알칼리에 녹으면 강한 녹색 형광색을 발함. 주로 흡착지시약, 형광지 시약, 물 흐름의 속도 측정에 쓰임.)이나 로다민B : 선택사항) 식용 색소(선택사항) 눈금실린더 25mL 비커 600mL 2개 유리막대 1. 깨끗하게 건조된 600mL의 비커에 폴리에틸렌 옥사이드 3-4g와 함께 무수알코올(메탄올 또는 에탄올) 20-25mL을 넣고 혼합한다. 수지가 알코올로 완전히 젖도록 혼합물을 잘 저어준다. 고분 자 화합물이 녹지는 않지만 자유롭게 흐르는 듯한 현탁액이 된다. 2. 고분자 화합물의 혼합물에 수돗물을 mL 붓는다. 고분자 화합물이 사라져 균일하고 두 껍게 될 때까지 유리막대로 저어준다. 3. 또 다른 600mL의 비커에 젤을 부은 후 혼합이 완전히 끝날 때까지 두 비커에 번갈아가며 붓 기를 반복한다. 4. 폴리에틸렌 옥사이드가 중력에 대해 반대방향으로 비커의 벽을 타고 올라오는 사이펀과 같은 현상을 관찰할 수 있다. 이 과정이 시작되면 젤이 담긴 비커를 빈 비커의 위로 들어 올려 빈 비커 에 고분자 화합물을 부으면 또 다시 비커를 타고 올라올 것이다. 얇은 막처럼 되어 비커를 타고 오르고 굵은 실처럼 되어 떨어질 것이다. 이 전환과정은 비커의 벽을 오르고 내리면서 끝없이 계 속될 것이다. 5. 한 비커에 젤을 모두 담고 빈 비커에 물을 100mL 담아 벽면에 물이 묻도록 휘저어 젤을 물속

423 에 부은 후 처음 비커에 다시 옮기면 젤이 비커를 타고 오르는 전환과정이 현저히 빠르게 진행된 다. 경고 : 빈 비커라 하더라도 비커의 바깥에 아주 작은 실 가닥이 있으면 예기치 않게 이 전환 과정이 시작될 수 있다. 6. 이 실험에서 기대되는 흥미로운 변화는 플루오레세인이나 로다민B와 같은 형광 염색제를 약 간 혼합해 주었을 때이다. 형광 염색제는 폴리에틸렌 옥사이드에 가하기 전에 알코올에 녹여 사용 한다. 이 실험을 암실에서 형광램프가 켜진 상태로 실험하면 효과적일 것이다. 식용색소를 사용하 려면 과정2에서 물에 첨가하면 된다. - 알코올은 고분자 화합물이 녹지 않는 큰 덩어리로 형성되는 것을 방해하여 작게 분리되도록 하 는 분산제로 쓰인다. 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 아세톤이 모두 분산제로 쓰일 수 있다. - 폴리에틸렌 옥사이드는 수돗물 속의 미네랄에 의해 영향을 받지 않으므로 증류수를 사용하지 않아도 된다. - 폴리에틸렌 옥사이드는 독성이 작은 물질이다. 분자량이 매우 크기 때문에 위장에서 거의 흡수 되지 못하며 거의 완전히, 빠르게 제거된다. 분말이나 수용액 상태의 수지도 피부나 감각기, 눈에 대한 자극의 원인이 되지 않는다. - 메탄올이나 에탄올은 매우 인화성이 강하고 섭취와 흡입에 대해 독성이 강하므로 조심한다. - 세척이 어려우므로 카페트 위에서 폴리에틸렌 옥사이드의 실험을 삼간다. - 젤은 휴지통에 있는 물을 거의 모두(99%의 물) 빨아들일 수 있다. - 유리 기구는 다량의 수돗물로 헹구어 말려 놓는다. - 폴리에틸렌 옥사이드는 물에 녹지만 이온화되지 않는 고분자 화합물이다. 아래의 사슬구조에서 볼 수 있듯이 세 번째 원자마다 산소로 되어 있다. 많은 수의 산소와 산소가 갖는 비공유 전자쌍 은 고분자가 물에 들어갔을 때 광범위한 수소결합을 할 수 있게 한다. 폴리에틸렌 옥사이드는 고 분자 화합물(~4,000,000)이지만 수소결합 때문에 물에 녹을 수 있다. - 고분자이면서 물에 녹을 수 있는 성질의 결합은 많은 재미있는 성질과 유용한 적용을 할 수 있 게 한다. 가장 특별한 성질은 진한 물을 만들 수 있다는 점이다. 이것은 스파게티처럼 내부쌍을 이룬 긴 고분자 사슬 모양을 이루며 주변에 물 분자가 둘러싼 거대한 수소결합을 이루는 원인이 된다. 그 결과 점성과 탄성을 함께 지닌 젤이 된다. 당밀 같은 높은 점성도는 고분자화합물과 물 사이의 수없는 수소결합의 결과이다. 높은 탄성은 고분자 젤이 움직이면서 새로운 수소결합을 형 성함으로써 잡아 늘여 서로가 미끄러져 지나갈 때 매우 긴 분자들이 서로 똑바르게 되도록 하는 능력에 기인한다

424 - 폴리에틸렌 옥사이드는 진한 느낌과 부드러운 실크 느낌 을 위해 샴푸, 헤어 컨디셔너, 콜드 크림, 로션, 잉크, 고무소재 제품, 물비누, 세제 등에 이용된다. ** 부가 활동 ** - 폴리에틸렌 옥사이드는 고분자이면서 가지가 없는 직선 모양의 사슬 구조이므로 그 자체가 흥 미롭고 환상적인 몇 가지 수학적 추정을 유도한다. 학생들에게 다음을 계산하도록 해보자. 1. 분자량 4,000,000인 폴리에틸렌 옥사이드의 고분자 사슬 길이 측정하기 2. 용액 한 방울 속에 있는 폴리에틸렌 옥사이드 화합물의 사슬의 총 길이 측정하기 - 적당한 깊이의 정보를 학생들에게 제공해야 한다. 고분자의 길이를 결정하기 위해서는 단위체의 길이를 먼저 계산해야 한다. 사용된 결합길이와 결합각 및 그들의 과정에 따라 다양한 값이 나올 것이다. 단위체의 길이를 계산하기 위해서는 결합 구조와 삼각법이 필요하다. 다음의 과정과 값은 문제를 해결하기 위한 한 가지의 가능한 접근 방법이다. Part 1 : 단위체의 길이 계산 - 다음의 값을 이용한다. * 사슬모양의 결합길이 C-C : 1.54A C-O : 1.43A * 계산된 결합각 C-CH 2 -O : 112 C-O-C : C-CH 2-O와 C-O-C는 수소나 전자쌍 그리고 탄소원자의 크기 차이 때문에 실제적으로 정사면 체구조(109.5 )를 갖지 않는다. - 단위체의 구조 1A. side C의 계산 side C = a 2 +b 2 -[2ab cos c] = (1.43A ) 2 + (1.54A ) 2 -[2(1.43A )(1.54A ) cos112 ] = = 2.46A 1B. side x의 계산

425 sin A a sin = sinb b = 0.82 x x = 1.18A = sin C c = sin(111 /2) x 1C. 단위체의 길이 side C + side x = 2.46A A = 3.64A ** NOTE ** 의 전형적인 정사면체 구조라면 C-C-O와 C-O-C의 결합각 모두를 사용하면 된다. 따라서 다음 단위체의 길이를 얻을 수 있다. side C + side x = 2.42A A = 3.59A Part 2 : 고분자 사슬구조의 길이 계산 - 고분자 화합물의 분자량 = 4,000,000g/mol 단위체의 분자량 = 44g/mol 4,000, 000g/mol 44g/mol = ~90,900 단위체/분자 90,900 단위체 3.64A /단위체 m/a = m ** NOTE ** 만일 학생들이 결합각으로 를 사용한다면 분자 길이는 m이다. Part 3 : 수지 용액 한 방울 속의 모든 고분자 사슬의 길이 계산 - 용액 400mL 속에 수지 4g이 들어있다고 가정한다면 4g 4,000, 000g/mol = mol/1비커 mol 수지 분자/mol = 분자/방울 분자 400mL = 분자/mL 1mL 20방울 = 분자/방울 분자/방울 m/분자 = m/방울 m/방울 1600m/mile = 1,560,000mile/방울

426 - http;//sprott.physics.wisc.edu/demobook/intro.htm, Demonstration 6.10, "Fluorescence". - Uion Carbide product literature. - Myerly, Richard C. J. Chem. Ed, 1980, 57, Walter Rohr, Eastchester High School, Eastchester, NY

427 학생 활동지 실험13. 슈퍼 고분자 젤 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 슈퍼 고분자 젤이 중력에 대항하여 비커의 벽면을 거슬러 올라오는 반중력의 모습을 관찰함으 로써 수소결합에 의해 형성된 강한 점성도를 설명할 수 있다. 무수알코올(메틸알코올 또는 에틸알코올) 25mL 식용 색소(선택사항) 폴리에틸렌 옥사이드 3-4g 눈금실린더 25mL 비커 600mL 2개 유리막대 형광 염색제(플루오레세인(알칼리에 녹으면 강한 녹색 형광색을 발함. 주로 흡착지시약, 형광지 시약, 물 흐름의 속도 측정에 쓰임.)이나 로다민B : 선택사항) - 폴리에틸렌 옥사이드는 독성이 작은 물질이다. 분자량이 매우 크기 때문에 위장에서 거의 흡수 되지 못하며 거의 완전히, 빠르게 제거된다. 분말이나 수용액 상태의 수지도 피부나 감각기, 눈에 대한 자극의 원인이 되지 않는다. - 메탄올이나 에탄올은 매우 인화성이 강하고 섭취와 흡입에 대해 독성이 강하므로 조심한다. - 세척이 어려우므로 카페트 위에서 폴리에틸렌 옥사이드의 실험을 삼간다. - 젤은 휴지통에 있는 물을 거의 모두(99%의 물) 빨아들일 수 있다. - 유리 기구는 다량의 수돗물로 헹구어 말려 놓는다. 1. 깨끗하게 건조된 600mL의 비커에 폴리에틸렌 옥사이드 3-4g과 함께 무수알코올(메탄올 또는 에탄올) 20-25mL을 넣고 혼합한다. 알코올은 고분자 화합물이 녹지 않는 큰 덩어리로 형성되는 것을 방해하여 작게 분리되도록 하는 분산제로 쓰인다. 수지가 알코올로 완전히 젖도록 혼합물을 잘 저어준다. 고분자 화합물이 녹지는 않지만 자유롭게 흐르는 듯한 현탁액이 된다. 2. 고분자 화합물의 혼합물에 수돗물을 mL 붓는다. 고분자 화합물이 사라져 균일하고 두 껍게 될 때까지 유리막대로 저어준다. 더 드라마틱한 실험을 위해 로다민B와 같은 형광 염색제를 약간 혼합해 주고 암실에서 형광램프가 켜진 상태로 실험하면 효과적이다. 형광 염색제는 폴리에

428 틸렌 옥사이드에 가하기 전에 알코올에 녹여 사용한다. 3. 또 다른 600mL의 비커에 젤을 부은 후 혼합이 완전히 끝날 때까지 두 비커에 번갈아가며 붓 기를 반복한다. 젤을 빈 비커에 부었을 때 어떤 현상이 나타나는지 관찰한다. 4. 빈 비커에 물을 100mL 담아 벽면에 물이 묻도록 휘저어 젤을 물속에 부은 후 처음 비커에 다 시 옮기면 젤이 비커를 타고 오르는 전환과정이 어떻게 달라지는지 관찰한다. 1. 폴리에틸렌 옥사이드는 물에 녹지만 이온화되지 않는 고분자 화합물이다. 아래의 사슬구조에서 볼 수 있듯이 세 번째 원자마다 산소로 되어 있어서 많은 산소와, 산소가 갖는 비공유 전자쌍은 폴리에틸렌 옥사이드는 고분자 화합물(분자량이 4,000,000 가량 됨)이지만 물에 매우 잘 녹을 수 있게 한다. 그 이유는 무엇인가? 2. 젤을 물에 녹여 빈 비커에 부었을 때 어떤 현상이 나타나는가? 또, 그 이유는 무엇인가? 1. 폴리에틸렌 옥사이드의 고분자 화합물이 물에 다량 녹아 진한 물을 만들며 점성과 탄성을 함 께 지닌 젤을 만드는 이유는 무엇인가? 2. 폴리에틸렌 옥사이드의 고분자 화합물은 물에 녹아 점성과 탄성을 갖는 성질 때문에 생기는 진한 느낌과 부드러운 실크 느낌 을 일상용품에 이용한다. 이러한 성질을 어떤 제품에 이용할 수 있을까?

429 제3장 musical chemistry 1. Painted Sign 휘경공업고등학교 박수민 - "Stars & Stripes Forever", John Philip Sousa - Chemistry, Teacher's Edition, Addison Wesley, 보이지 않던 글자나 그림이 선명하게 눈에 들어오기 시작한다. 이런 종류의 실험은 많이 존재한 다. 예를 들면 요오드/녹말 복합체를 이용한 마술 편지 등. 그러나 이 실험은 푸른색과 붉은색이 보여지기 때문에 행진곡 풍의 노래와 더불어 마술쇼가 시작 될 때 포스터로 만들어 벽에 걸어 두 면 효과 만점! * 1% K 4 Fe(CN) 6 (potassium ferrocyanide) 용액 - 푸른색을 나타나게 하는 용액 * 1% KSCN (potassium thiocyanide) 용액 - 붉은색을 나타나게 하는 용액 * 1% FeCl 3 (iron(Ⅲ) chloride) 용액 - 전개액 * 구멍이 많은 두루마리 종이 * 붓 2자루 * 분무기병 1. 종이에 붓으로 K 4Fe(CN) 6와 KSCN 용액을 찍어 그림이나 글씨를 쓴다. 2. 종이를 완벽하게 말린다. 3. 종이를 칠판이나 벽에 붙이고 전개액을 뿌려준다

430 2. 메탄올 리피터(Methanol Repeater) 휘경공업고등학교 박수민 - "Start Me Up", The Rolling Stones - The Repeating Exploding Flask, Rubin Battino - 나는 이 Demo를 ChemEd 91에서 Rubin Battino가 시범보이는 보이는 것을 보았다. 알코올 증기를 포함하고 있는 삼각 플라스크에서는 펑 하는 소리가 한 시간 동안이나 계속되었다. 쇼가 시 작하는 초반에 이 Demo를 보여주면 쇼가 끝날 때까지 펑 소리는 계속될 것이다. * 1L 삼각 플라스크(삼각 플라스크의 크기에 따라 소리가 달라진다.) * 플라스크를 고정하기 위한 굴뚝모양 지지대(chimney assembly) * 코일 모양으로 구부린 10cm 백금선, 백금선 지지대 * 125mL 메탄올(가솔린 부동액이나 에탄올로 실험해도 괜찮다.) * 핫 플레이트(hot plate) * 알코올램프 * 고무관 1. 굴뚝모양 지지대(chimney assembly) 만들기 - 금속(함석을 사용)을 직사각형 모양으로 3장을 자른다. 직사각형의 너비는 플라스크 구멍의 지름보다 조금 작고 길이는 플라스크의 전체 길이보 다 조금 길게 한다. 세 장중에 한 장을 그림과 같이 펼쳐서 윗부분은 잘라 버리고 다른 한 장도 마찬가지로 양쪽이 대칭이 되도록 자른다. 드릴로 구멍을 뚫어 3장을 볼트와 너트로 조인다. 2. 금속선 지지대(metal wire support) 만들기 - 길이는 플라스크의 2/3이 되도록 하고 너비는 플 라스크의 목 부분 지름의 2/3이 되도록 자른다. 바닥으로부터 0.5cm 되는 곳에 구멍을 뚫어 백금 선을 연결하고 완성된 지지대는 그림과 같이 플라스크의 중간 정도까지 내려오게 구부린다. 3. 플라스크 속에 굴뚝모양 지지대를 넣고 메탄올을 붓는다. 4. 플라스크를 핫 플레이트 위에 놓고 메탄올의 끓는점까지 가열한 후 내려놓는다

431 5. 알코올램프를 켜서 백금선을 달군다.(붉은색이 될 때까지) 6. 붉게 달구어진 백금선을 재빨리 플라스크 속에 넣는다 초 후에 플라스크 속에서 펑 소리가 나기 시작한다. 8. 소리가 나지 않으면 고무관을 이용해 공기를 더 불어 넣어주고, 백금선을 다시 가열하여 넣는다. 인내심을 가지고 지속적으로 시도한다. comments * 메탄올은 끓을 정도로 가열해야 한다. * 백금선은 잠깐만 가열해도 붉게 달궈진다. * 반응이 진행되면서 포름알데히드, 수증기, 이산화탄소가 발생하므로 환기가 잘 되는 곳에서 실 험한다. * 실험을 종료하고 싶으면 백금선을 재빨리 꺼내면 된다. 이 반응은 발열반응이므로 플라스크가 뜨겁다. 주의를 바란다. * 반응식은 다음과 같다. 2CH 3OH + O 2-2CH 2O + 2H 2O 2CH 3 OH + 3O 2-2CO 2 + 4H 2 O

432 3. 교통신호등(Traffic Light) 휘경공업고등학교 박수민 - "Everything He Does Is Magic", Shawn Colvin - Chemical Demonstrations, Vol. 1, Summerlin & Ealy - 붉은색 용액을 흔들면 노란색으로 변하고 계속 흔들면 녹색으로 변한다. * 용액 1 : 3g 포도당과 5g NaOH를 250mL 증류수에 녹인다. * 1% 인디고 카민 용액 * 250mL 둥근 플라스크와 마개 1. 플라스크에 50mL 용액 1을 넣는다. 2. 플라스크에 5~10mL 인디고 카민 용액을 첨가한다. 3. 마개를 막고 빙빙 돌리다가 흔들어 주면 색이 변한다. 4. 잠시 동안 플라스크를 가만히 놔두면 원래의 색으로 되돌아온다

433 4. Old Nassau 휘경공업고등학교 박수민 - "Everything He Does Is Magic", Shawn Colvin - Tested Demonstrations in Chemistry, Hubert Alyea - 무색을 띠는 3개의 용액, 그것들을 섞으면 밝은 오렌지색이 되었다가 짙은 갈색/검은색으로 변 한다. * 용액 1 : 소량의 따뜻한 물에 4g의 녹말가루를 녹여서 풀을 만든다. 거기에 500mL의 뜨거운 물 을 천천히 섞은 후 식힌다. 그러고 나서 NaHSO 3 15g을 녹인 후 용액 전체 부피가 1L이 되도록 증류수로 희석시킨다. * 용액 2 : 3g HgCl 2를 1L 증류수에 녹인다. * 용액 3 : 15g KIO 3를 1L 증류수에 녹인다. * 150mL, 250mL, 400mL 비커 mL 비커에 75mL 용액 1을 넣는다 mL 비커에 75mL 용액 2를 넣는다 mL 비커에 75mL 용액 3을 넣는다. 4. 용액 1을 용액 2가 들어 있는 비커에 재빨리 섞는다. 그리고 용액 1/용액 2 혼합물을 재빨리 용액 3이 들어 있는 비커 속에 섞는다. 5. 오렌지 주스와 커피가 마시고 싶다고 말하는 동안 용액의 색은 오렌지색에서 검은색으로 변한다

434 5. 병 속의 요정(Genie In A Bottle) 휘경공업고등학교 박수민 [email protected] - "Everything He Does Is Magic", Shawn Colvin - 잘 기억나지 않는다. - 병을 땄을 때 병 입구로부터 매우 인상적인 증기(스팀)가 피어오른다. * 100mL 30% H 2 O 2 * KI 또는 MnO 2 * 샴페인 병, 병에 맞는 마개 * 1L 삼각 플라스크 2개 * 크리넥스 티슈와 검은색 실 1. 샴페인 병을 알루미늄 호일로 싸고 글루를 이용하여 별모양이나 비가 내리는 것과 같은 모양을 그려 넣는다. 2. 병속에 30% H 2O 2 100mL를 붓는다.(냄새가 역겹다.) 3. KI(또는 MnO 2 ) 1/2스푼을 크리넥스 티슈에 놓고 녹차 티백과 같이 검은색 실로 묶는다. 4. KI 주머니를 병속의 H 2O 2와 닿지 않을 정도로 매달고 실은 밖으로 빼내고 뚜껑을 닫는다. 5. 병뚜껑을 여는 순간 KI 주머니가 H 2O 2에 빠지면서 15-20초 후에 반응이 일어난다. (발열 반응이므로 병이 뜨거워지므로 주의 요함!) 단순한 실험을 마술과 같이 보여줄 수 있을 뿐만 아니라 학생들이 직접 실험해 봄으로써 과학 에 대한 흥미를 고조시킬 수 있다

435 학생활동지 실험5. 병 속의 요정(Genie In A Bottle) 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 이산화망간을 촉매를 하여 과산화수소에서 산소를 얻을 수 있다. * 100mL 30% H 2O 2 * KI 또는 MnO 2 * 샴페인 병, 병에 맞는 마개 * 1L 삼각 플라스크 2개 * 크리넥스 티슈와 검은색 실 - 이 반응은 발열 반응이다. 반응이 일어나면서 병이 뜨거워지므로 주의를 요한다. - 샴페인 병은 개성에 맞게 자유롭게 꾸민다. - 과산화수소가 피부에 직접 닿지 않도록 조심해야 한다. 1. 샴페인 병을 알루미늄 호일로 싸고 글루를 이용하여 별모양이나 비가 내리는 것과 같은 모양을 그려 넣는다. 2. 병속에 30% H 2O 2 100mL를 붓는다.(냄새가 역겹다.) 3. KI(또는 MnO 2) 1/2스푼을 크리넥스 티슈에 놓고 녹차 티백과 같이 검은색 실로 묶는다. 4. KI 주머니를 병속의 H 2O 2와 닿지 않을 정도로 매달고 실은 밖으로 빼내고 뚜껑을 닫는다. 5. 병뚜껑을 여는 순간 KI 주머니가 H 2O 2에 빠지면서 15-20초 후에 반응이 일어난다. 6. 병에서 어떤 현상이 관찰되는지 모두 써보자

436 1. 병 속에서는 어떤 반응이 일어난 것인가? 2. 산소는 무색인데 증기로 보이는 이유는 무엇일까? - 샴페인 뚜껑이 열리면서 촉매 주머니가 과산화수소 용액 속으로 빠지게 된다. 이 때 산소가 발 생하게 되는데 엄청난 발열 반응이므로 수증기도 함께 증발되어 증기로 보이게 되는 것이다. 산소 의 성질을 이용하여 꺼져가는 성냥불을 증기에 가까이 가져가면 불이 커지는 것을 볼 수 있을 것 이다. 또한 연필을 알코올램프로 달군 후 증기에 가까이 대면 연필에 불이 붙는 것도 관찰 할 수 있을 것이다

437 6. 화학발광 분수 (Chemiluminescent Fountain) 휘경공업고등학교 박수민 - "Blue Moon", Elvis Presley - J. Chem. Educ., April 어두운 방 안에서 일어나는 푸른색의 아주 멋진 분수! * 2L 둥근 플라스크, 2개의 구멍 뚫린 고무마개(구멍 하나에는 매우 큰 피펫을 끼우고 다른 구멍 에는 유리관을 그림과 같이 끼워서 연결한다.) * 둥근 플라스크를 적당한 위치에 클램프로 고정시킬 수 있는 링이 달린 스탠드 * 1L 삼각 플라스크 2개 * 용액 1 : 4.0g Na 2 CO 3 와 0.2g 루미놀을 500mL 증류수에 넣고 녹인다. 그 속에 24.0g NaHCO 3, 0.5g (NH 4) 2CO 3, 0.4g CuSO 4를 넣고 흔들어 준 후, 1L 삼각 플라스크에 용액을 넣고 1L 가 되도록 희석시킨다. * 용액 2 : 30% H 2 O 2 5mL를 1L 삼각 플라스크에 넣고 1L이 되도록 증류수로 희석시킨다. * 암모니아 가스 실린더 1. 둥근 플라스크 고무마개 한 쪽에는 유리관을 연결하고 T자 연결관으로 ㄱ자형 유리관 2개를 그림과 같이 연결한다. 2. 삼각 플라스크에는 용액 1과 용액 2를 각각 채운다. 3. 다른 쪽 구멍에는 증류수를 채운 큰 피펫을 꽂는다. 4. 둥근 플라스크에는 암모니아 가스를 채운다.(반드시 후드에서 실시해야 하며 암모니아 가스가 없을 때에는 진한 수산화암모늄 15mL를 둥근 플라스크에 넣고 버너로 가열하여 암모니아 가스를 발생시킬 수 있다.)

438 5. 마개를 닫고 플라스크를 링 스탠드에 고정시킨다. 6. 스포이트를 통해 플라스크 안으로 증류수를 내뿜은 후, 불을 끄고 관찰한다

439 7. ph 무지개관 휘경공업고등학교 박수민 - 오즈의 마법사 사운드 트랙 "Somewhere Over The Rainbow" - 확신할 수는 없지만 93년도 Butler U.에서 열린 ChemEd에서 보았던 것 같다. - 긴 유리관 속에 무지개색 스펙트럼과 같은 액체가 가득 차 있다. * 50cm 길이에 1cm 직경을 가진 유리관/ 양쪽에 끼울 고무마개 * 만능 지시약(universal indicator)과 증류수를 혼합하여 ph 7을 맞춘 용액 * 0.1M HCl * 0.1M NaOH 1. 유리관의 한쪽 끝을 막은 후 중성의 만능 지시약을 채운다.(3cm 정도만 비운다.) 2. 그 위에 HCl 1-2mL를 채운 뒤에 마개를 막는다. 3. 유리관을 거꾸로 세우고 마개를 열어 NaOH 1-2mL를 채운 뒤 다시 마개를 막는다. 4. 음악을 들으며 유리관을 위 아래로 기울이며 섞는다

440 학생활동지 실험7. ph 무지개관 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 산과 염기에 따른 지시약의 반응을 관찰할 수 있다. * 50cm 길이에 1cm 직경을 가진 유리관/ 양쪽에 끼울 고무마개 * 만능 지시약(universal indicator)과 증류수를 혼합하여 ph 7을 맞춘 용액 * 0.1M HCl * 0.1M NaOH 1. 유리관의 한쪽 끝을 막은 후 중성의 만능 지시약을 채운다.(3cm 정도만 비운다.) 2. 그 위에 HCl 1-2mL를 채운 뒤에 마개를 막는다. 3. 유리관을 거꾸로 세우고 마개를 열어 NaOH 1-2mL를 채운 뒤 다시 마개를 막는다. 4. 음악을 들으며 유리관을 위 아래로 기울이며 섞는다. 5. 유리관에서는 어떤 현상이 관찰되는지 써보자. 1. 유리관 양쪽에서 색이 다르게 나타난 이유는 무엇일까?

441 2. 위와 같이 산과 염기에 따라 색깔이 다르게 나타나는 지시약에는 어떤 종류가 있는지 조사해 보자. - 지시약이란 용액의 액성에 따라 색깔이 변하므로 용액의 액성이 무엇이지를 알아내는 데 이용 되는 물질을 말한다. 만능지시약은 여러 가지 지시약을 혼합하여 ph에 따라 다른 색깔을 나타나 게 만든 것으로, 보라 (ph->9) 파랑 (ph->8) 초록(pH->7) 노랑(pH->6) 진분홍(pH->5) 주황 (ph->4)을 나타낸다

442 8. 토네이도 불꽃 휘경공업고등학교 박수민 - 오즈의 마법사 사운드트랙의 witches music - 20 Demo's Guaranteed to Knock Your Socks Off, Bob Becker - 1미터 높이의 관 속에서 토네이도 모양의 소용돌이 불꽃이 관찰된다. 1. spinner(회전판)만들기 인치 지름을 가진 회전판으로, 지름이 12인치인 도르래의 축을 90도로 구부려서 만들 수 있다. 이것을 실험대에 C형 클램프를 이용하여 단단히 고정시킨다.(그림 참조) 만들어진 회전판위에 파이 통조림 뚜껑을 접착제로 붙인다. 2. window screen(창문막)만들기- 3피드 높이에 회전판 원주보다 몇 인치 더 큰 창문막을 만든다. 재질은 불에 녹지 않는 금속이 좋으며 이것을 원기둥 안에 넣는다. 바닥 가장 자리에 철조각을 넣으면 회전판이 돌 때 불꽃의 원형모양을 유지시키는데 좋다. 3. 신문지 조각을 라이터용 액체(가연성 액체)에 적셔서 회전판의 파이 통조림 뚜껑에 넣고 불을 붙인다. 4. 원기둥 막을 재빨리 놓고 회전판을 천천히 돌린다. 5. 불을 끄기 위해서는 철캔에 모래를 가득 담아서 불타고 있는 종이 위로 뿌린다. note : 소화 장비는 늘 가까이에 준비되어 있어야 하며, 여러 번 시도하고 실험해 봐야 된다는 것을 명심하라!

443 9. 마그네슘과 요오드의 반응 휘경공업고등학교 박수민 - "Purple Haze", Jimi Hendrix - Chemical Demonstrations Vol. 1, B. Shakhashiri "Reaction of Zinc & Iodine" - 보라색의 요오드는 플라스크 속에서 끓어서 증기로 된다. * 1.5g 낟알 모양의 마그네슘 * 5.5g 요오드 결정 * 2mL 증류수 * 시험관(pyrex) * 시험관 클램프 * 2L 삼각플라스크 * 스탠드, 링 2개(플라스크를 거꾸로 달았을 때 맞는 사이즈, 시험관 고정용) * 유리 접시 1. 마그네슘과 요오드를 골고루 섞어서 시험관에 담는다. 2. 링으로 시험관의 목 부분을 고정시킨다. 3. 거꾸로 세운 삼각플라스크가 시험관과 겹치도록 조절하여 링으로 고정시킨다. 4. 바닥에는 시험관으로부터 나오는 물질로 더럽혀지지 않도록 유리 접시를 놓는다. 5. 시험관 속에 2mL 증류수를 넣은 후 원래의 위치로 다시 고정시킨다. 6. 관찰한다

444 10. slime 휘경공업고등학교 박수민 - 영화 Ghosbusters"의 주제곡 - Chemical Magic from the Grocery Store, Andy Sae - 녹색의 물질이 만들어져서 컵과 그 주위로 거품을 내뿜는다. * NaHCO 3 2-3스푼 * 구연산(citric acid) 2-3스푼 * 색이 있는 음식(녹색이 좋다) * 250mL 비커 * 뜨거운 물 * 카페에서 사용하는 큰 접시 1. NaHCO 3(베이킹 소다), 구연산, 색이 있는 음식을 비커에 담는다. 2. 접시 위에 비커를 놓는다. 3. 비커 안에 100mL의 뜨거운 물을 붓는다. note : 이 실험대신 Flinn에서 판매하는 폴리우레탄 발포제(Flinn's Polyurethane System)를 사용하여 종이컵에 용액A와 용액B를 섞어 실험을 하였더니 더욱 인상적인 실험이 되었다

445 11. 앗! 불을 뿜는 요술용이 나타났다 가산중학교 한송희 비누 거품을 채운 메탄기둥이 용의 모양으로 튀어 오르고 그리고 나서 이 거품은 불이 붙는다. 가로로 반으로 자른 1.5L 음료수 병 구멍이 1개 뚫린 고무마개 큰 링 고무관 유리관(7-10cm) 스탠드 클램프 리터의 플라스틱 페트병을 1/2로 자른다. 2. 병의 입구에서 마개가 돌아가는 부분을 제거하고 다용도의 클램프를 끼운다. 3. 링이 있는 스탠드에 병을 자른 부분이 위로 가고 입구가 아래로 내려가게 고정시키고 큰 링을 병이 지탱되도록 끼운다. 4. 병에 꼭 맞는 구멍 하나가 뚫린 마개를 구하여 마개 구멍에 4인치의 유리관을 2인치가 들어가 도록 끼우고 유리관의 바깥부분에는 3피트의 고무관을 끼운다. 5. 마개를 페트병에 끼우고 고무관은 위쪽 링의 팔위로 걸치게 한 후 고무관 끝은 메탄가스 분출 구에 끼운다. 6. 물과 물비누를 20:1로 섞어 용액을 만든다. 용액을 유리관 끝이 15mm이상 잠기도록 페트병에 붓는다. 7. 가스 분출구를 열어 거품 기둥이 형성되도록 한다. 8. 거품 기둥이 몇 인치 정도로 길어졌을 때 소량의 거품을 기둥 앞쪽으로 넣어준다. 그러면 그것 은 앞쪽으로 구부러지고 마치 용의 머리처럼 된다. 9. 가스가 나오는 양을 조절하므로 거품기둥의 높이를 조절한다. 만약 메탄이 나오지 않는다면 고 무관에 너무 많은 비누용액이 들어 있을 것이다. 이럴 때에는 고무관을 빼고, 가스 분출구에서도 뺀 후 고무관을 입으로 분다. 거품이 나오거든 다시 고무관을 마개에 끼우고 또한 가스 분출구에 연결한 후 다시 시도한다. 10. 용기를 낸다면 메탄 기둥에 불을 붙일 수 있을 것이다

446 불붙일 때 몇 가지 주의할 점: 1) 실험자의 모든 팔, 즉 팔꿈치에서 손가락 끝까지, 물속에 담근다.(그래도 실험자는 아마도 머 리카락을 그을릴 수 있을 것이다) 2) 거품이 나오는 곳에서 거품을 떠내어 거품이 나오는 곳과도 떨어지고 열과 연기 검색기에서 도 떨어진 곳으로 가져간다. 3) 거품 기둥을 몸체에서 멀리 떨어지게 하여 잡은 후 라이터나 성냥을 가져와 기둥 밑에 불을 붙인다. 불을 붙인 후 빨리 뒤로 물러선다. 다시금 주의 : 비누거품 기둥을 열센서나 자동스프링클러에서 떨어져 실험한다

447 12. 포화된 질산칼륨 눈 가산중학교 한송희 질산칼륨의 포화된 용액은 식을 때 질산칼륨 결정으로 고체화된다. 질산칼륨(혹은 염화암모늄) ll 유리 눈금실린더 핫플레이트 중탕냄비 얼음 1. 1L의 포화 질산칼륨용액을 커다란 비커나 중탕냄비에 넣고 로 가열한다. 2. 용액을 ll 눈금실린더에 붓는다. 3. 커다란 얼음으로 실린더를 문지른다. 그러면 식으면서 질산칼륨결정이 석출된다

448 학생활동지 실험12. 포화된 질산칼륨 눈 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 포화용액의 온도를 낮추어 눈과 같은 고체 결정을 만들어 본다. - 질산칼륨(혹은 염화암모늄), 250mL 유리 눈금실린더, 핫플레이트 혹은 알코올램프(삼발이, 철 망, 성냥 포함), 중탕냄비, 500mL 비커, 얼음, 점화기구 - 온도 30 이상의 물에 충분히 저어주어 질산칼륨을 녹인 포화용액을 만든다. - 실험 후 질산칼륨 용액은 커다란 용기에 모으도록 한다. - 실험을 마친 후에는 손을 깨끗이 씻도록 한다 mL의 증류수에 질산칼륨용액을 계속 넣어 녹여 더 이상 녹지 않는 고체가 남을 때까지 녹 여 포화용액을 만든다. 2. 만든 포화 질산칼륨용액이 든 비커를 커다란 비커나 중탕냄비에 넣고 로 가열한다. 2. 용액을 250mL 눈금실린더에 붓는다. 3. 커다란 얼음으로 실린더를 문지른다. 이때 어떤 현상이 나타나는지 관찰한다. 1. 커다란 얼음으로 실린더를 문지를 때 생기는 흰 고체는 어떤 물질인가? 2. 얼음으로 실린더를 문지를 때 흰 고체가 생기는 이유를 써보자. - 물에 잘 녹는 고체 물질은 일반적으로 온도가 높아지면 물에 더 많이 녹을 수 있다. 일정 온도 에서 고체가 최대로 녹아 있는 용액을 포화용액이라고 한다. 포화용액의 온도를 낮추어주면 최 대한 녹을 수 있는 물질의 양은 줄어든다

449 13. 불과 얼음 가산중학교 한송희 겉보기에는 물과 얼음으로 보이는 용액이 밝은 푸른빛과 함께 탄다. 와인잔 얼음과 물이 나오는 수도꼭지 큰 유리 유리 페트리 접시 콜만 연료 1. 시범이 시작되기 전에 와인잔의 안쪽 밑에 수 밀리리터의 콜만 연료를 넣는다. 그러고 나서 보 는 사람을 위하여 몇 개의 얼음을 와인잔에 넣고 그 위에 수도꼭지에서 물을 넣는다. 2. 불을 붙인다. 콜만 연료는 물과 혼합되지 않고 물보다 가벼워 표면에서 탄다. 3. 페트리 접시를 잔 위에 덮음으로써 불을 끈다

450 14. 거대 깡통이 폭발한다. 가산중학교 한송희 1갤런의 페인트 깡통은 몇 초 동안 작은 푸른 불꽃을 내고 사람들이 지루할 때쯤 시끄럽고 인상 적인 폭발 속에서 입구를 날아가게 한다. 빈 1갤런( 에 해당한다)짜리 금속 페인트 깡통 드릴 메탄가스통 고무관 성냥 1. 깨끗한 1갤런 금속 페인트 깡통을 구한다. 2. 뚜껑 가운데에 구멍을 뚫고 두 번째 구멍은 깡통의 옆면 바닥에서 1인치 정도 되는 곳에 뚫는 다. 구멍의 크기는 연소와 폭발 사이에 걸리는 시간을 결정한다. 3/8인치의 구멍일 때 폭발할 때 3 48 에서 3 50 정도 걸린다. 2. 시범실험을 수행하기 위해서는, 뚜껑을 씌운다. - 더 꽉 닫을수록 더 잘된다. 3. 고무관을 꼭대기 구멍을 통하여 삽입하고 가스 분출구에 연결한다. 4. 메탄 냄새를 맡을 수 있을 때까지 가스를 넣는다.(메탄은 공기보다 밀도가 작고, 그래서 모든 공기가 깡통의 밖으로 밀려나가야 한다). 5. 가스 분출구를 잠그고, 고무관을 제거하고 각 구멍을 당신의 손으로 모두 막는다. 6. 사람들로부터 충분히 떨어진 의자나 카운터 위에 얹고 성냥을 꼭대기 구멍에 가져온다. 작은, 푸른 불꽃이 일어난다. 꼭대기에서 타면서, 공기는 다른 옆 구멍으로 들어온다. 정량적인 연료, 공 기의 비율이 되면 폭발한다. 주의 이 실험을 사전에 여러 차례 실시하고 시간을 측정해본다. 시간은 아주 예측할 만하며 로 몇 초안에 폭발이 일어난다. 일반적으

451 15. 진동하는 시계 반응 가산중학교 한송희 문헌에 많은 진동하는 시계 반응이 있는데 이것은 갈색/무색의 변화를 포함한다. 말론산 CH (COOH) 브롬산칼륨 KBrO 황산망간 MnSO 증류수 600mL비커 마그네틱 젓개와 스핀 막대 진한 황산 1. 40mL의 진한 황산을 400mL의 증류수가 든 600mL 비커 안에 넣어 섞는다. 2. 불 켜진 젓개 플레이트 위에 위의 것을 얹고 스핀을 느리게 맞춘다 g의 말론산, 10g의 브롬산칼륨, 소량의 황산망간을 넣는다

452 16. 진동하는 시계 반응2 가산중학교 한송희 이 반응을 Belousov-zhabotinsky 반응이나 세륨을 촉매로 한 bromate-말론산 반응으로 바꾸었 다. 이 반응은 Shakhashiri의 Chemical Demonstrations, 제 2권 에 잘 나와 있다. 이 반응에서는 색변화가 노란색에서 녹색, 푸른색, 보라색, 붉은색을 거쳐 다시 노란색으로 되돌아온다. 이것은 약 1분 안에 순환하며 거의 한 시간동안 계속된다. 시범 때 일찍 시작하여 내내 놓아두어도 좋다. 스핀바가 있는 마그네틱 젓개 2L의 긴 비커 용액1: 19g의 KBrO 3를 500mL의 증류수에 녹인다. 용액2: 16g의 말론산과 3.5g의 KBr을 500mL의 증류수에 녹인다. 용액3: 5.3g의 cerium(Ⅳ)ammonium nitrate를 500mL의 2.7M H 2 SO 4 (이것은 75mL의 18M 진한 황산을 425mL의 증류수에 녹여 준비한다)에 녹인다. 용액4(0.5%ferroin): 0.23g의 FeSO 4 7H 2O를 100mL의 증류수에 넣어 녹인다. 여기에 0.46g 1,10 phenanthroline을 넣는다. 1. 안에 스핀바가 있는 마그네틱 젓개 위에 비커를 올려놓는다 mL의 용액1과 500mL의 용액2를 넣는다. 작은 회오리가 일도록 젓개를 조정한다 mL의 용액3과 30mL의 용액4를 다시 첨가한다

453 17. 병 속의 에탄올 가산중학교 한송희 빠르나 매우 멋진 연소이다. 을 느끼게 한다. 어둡고, 청중의 정면의 오른쪽에서 가장 효과가 높다. 그들에게 열 큰 투명 플라스틱 병 에탄올 넓은 나무 조각, 성냥, 라이터 1. 약간의 에탄올을 시범 전에 병에 넣는다. 2. 시범 때 음악에 따라 공기와 에탄올 기체가 충분히 섞이게끔 흔들어 준다. 3. 기체가 되지 않은 에탄올은 쏟아서 제거하고, 나무에 불을 붙여 병 입구에 가져간다. 이때 뒤로 물러선다. 이것은 세차게 앞뒤로 흔들릴 것이다

454 18. 티오황산 일몰 가산중학교 한송희 콜로이드가 천천히 생성되어 일몰이 나타나는 것처럼 O.H.P.에서 나오는 빛을 가린다. 커다란 유리 페트리접시 증류수 검은 종이 진한 염산 투명종이 Na 2S 2O 3 5H 2O 1. O.H.P.를 덮을 수 있을 정도의 검은 종이를 준비한다. 2. 종이의 가운데에 페트리 접시의 크기에 맞추어 구멍을 오린다. 3. 페트리 접시 크기의 투명종이위에 원하는 디자인을 그린다. 4. O.H.P. 위에 검은 종이를 놓고, 그 위에 투명종이를 놓고, 그 위에 페트리 접시를 놓는다. 스케 치 한 것이 스크린에 잘 나타나도록 한다. 5. 시범실험 전에 페트리 접시에 0.03M의 티오황산나트륨용액(7g/L)을 넣는다. 6. 준비가 끝나면, O.H.P.를 켜고, 5mL의 진한 염산을 넣고 페트리 접시를 부드럽게 흔들어 준다. 마침내 빛이 차단된다

455 19. 아세틸렌과 염소의 반응 가산중학교 한송희 아세틸렌과 염소 사이의 높은 발열반응은 커다란 유리 실린더 안에서 섬광을 일으킨다. 염소기체 실린더(아니면 아래에 쓰여진대로 만들 수 있다) tygon 관(실험실에서 사용되는 모든 무기화학 약품을 처리하는데 사용됨. 산화되거나 튜브에 이송되는 물질을 오염시키지 않는 성질을 지님. 오래 견디고 균열이 되지 않는 성질로 고무 튜브 보다 사용 수명이 김. 내벽이 미끄러워 잔여물이 남지 않아 세척이 용이함) 칼슘카바이드(CaC 2 ) 1L 유리눈금실린더 바닥이 지팡이형태로 약간 구부러진 유리관(염소기체 실린더나 발생기와 연결된다) 1. 지팡이모양 유리관을 사용하여 이온화되지 않은 물이 가득찬 실린더의 바닥으로 염소가스를 천천히 넣는다. 2. 칼슘카바이드 조각을 실린더에 떨어뜨린다. 불을 끈다. 불빛을 볼 수 있을 것이다. <염소기체 만드는 법> 염소기체를 팔이 달린 250mL나 500mL 엘렌마이어 플라스크를 사용하여 발생시킬 수 있다. 1. 일정한 크기의 tygon 관으로 플라스크와 지팡이관을 연결시킨다. 2. 시슬관을 플라스크를 막은 마개의 구멍 속에 끼우고 끝부분이 바닥에서 1cm정도 떨어지는 곳 에 위치하도록 조정한다. 3. 보통 숟가락으로 1숟가락의 염화나트륨을 플라스크에 넣고 증류수를 시슬관의 끝보다 1인치이 상 위로 오도록 넣는다. 4. 시슬관이 장치된 마개를 막고 시슬관에 진한 염산을 넣고 흘러내려가도록 한다. 5. 흔들어서 염소가스를 발생시킨다. 가스 생성의 속도는 염산의 양으로 조절할 수 있다. 주의: 이 실험은 후드 아래에서 실시한다. 염소기체는 매우 유독하기 때문이다

456 20. 아세틸렌과 염소의 반응 2 가산중학교 한송희 [email protected] 이 방법은 Flinn ChemFax에 쓰여 있다. 이 방법은 이전 방법보다 매우 훌륭하다. 이 방법으로는 염소기체를 생성시키는 속도를 조절할 수 있고, 기체가 그릇에 갇혀 있게 하여 흡입하는 위험이 적다. 이 방법은 시슬관이 없이 엘렌마이어 플라스크를 사용하므로 기체가 쉽게 빠져 나가지 못한 다. 250mL 엘렌마이어 플라스크 플라스크에 맞는 구멍이 2개가 있는 마개(각 구멍은 전에 기술했던 지팡이관에 끼우는 타이곤 관에 연결하는 짧은 유리관에 맞아야 한다) 커다란 베럴 피펫 KMnO 4 증류수 진한 염산 1. 베럴 피펫을 마개의 한 구멍을 통하여 설치한다. 2. 타이곤 관(이것은 지팡이 모양 유리관에 끼운다)을 마개의 다른 구멍에 끼운 짧은 유리관과 연 결한다. <염소 기체 만드는 법> 1. 베럴 피펫을 12M의 진한 염산으로 채운다. 2. 플라스크에 마개를 꽉 끼운다. 3. KMnO 4/H 2O혼합물에 염산을 피펫을 부드럽게 눌러 첨가한다. 그러면 염소기체가 생성될 것이 다. 염소기체의 생성속도를 첨가하는 산의 양으로 조절할 수 있다. 4. 시범실험이 끝나면 플라스크, 눈금실린더, wand를 흄 후드로 옮긴다

457 21. 수소와 산소의 결합 가산중학교 한송희 물은 전기분해로 수소와 산소로 분해된다. 전기 분해 후에 두 기체를 폭발시키듯이 다시 합성시 킨다. 호프만 전기분해 장치 전기분해를 위한 물(1L의 증류수에 30mL의 진한 황산을 넣은 물) 2개의 못이 관통한 판( ) 가스 포집 그릇 2개의 1m 길이의 고무관 투명 플라스틱 컵(3-5온즈) 절연된 구리선(에나멜구리선) Tesla 코일 12V 직류전원 유리판 100g 추 1. 호프만식 전기분해장치를 설치한다.(단 2개의 고무관을 산소와 수소기체가 모아지는 관 끝에 연결한다) 2. 수상치환으로 기체를 모을 수 있게 가스집기그릇을 설치한다. 3. 고무관을 집기그릇 속으로 가져오고 직류전원을 켠다. 몇 분동안 고무관에 들어있는 공기를 내쫒도록 전원을 켜놓는다. 4. 플라스틱컵(5온스를 넘지 않도록 한다. 왜냐하면 너무 큰 폭발이 일어나기 때문이다)을 물로 채 우고, 유리판으로 덮고, 거꾸로 하여 집기그릇에 설치한다. (온스: 액체 부피의 단위로 영국의 경우 1온스는 m 이고, 미국의 경우 m 이다) 유리판을 치우고 기체를 모으기 위하여 컵 밑으로 관을 넣는다. 컵의 꼭대기에 추를 올려놓고(이것을 놓지 않으면 수소 때문에 위로 떠오를 것이다) 5. 수소와 산소기체를 꽉 채워질 때까지 모은다(2:1의 정량적 비율로). 6. 한 개의 컵보다 많은 컵에 기체를 모으려면 모은 것은 추를 올려놓은 채로 옆으로 밀어놓는다. 전압은 기체생산의 속도를 조절할 수 있다. 7. 위 그림에서 보듯이 못을 관통시킨 판을 준비할 수 있다. 두 못 끝은 1/4인치이상 떨어져서는 안 된다. 왜냐하면 스파크가 잘 일어나는 거리를 맞추어야 하기 때문이다. 판은 몇 권의 책 위에

458 놓을 수 있다. 절연된 구리선을 한쪽 못에 연결시키고 그것을 땅(찬 물 꼭지)에 닿도록 하고 다른 선은 다른 못에 연결하고 카운터 위로 뽑아낸다. 끝 부분의 절연체 약간을 벗겨내고 테슬라 코일 에 연결할 수 있다. 8. 합성 준비가 되었으면, 기체를 모은 컵 아래에 유리판을 막아 그릇에서 들어낸 후 판 위의 못 위에 설치한다. 9. 테슬라 코일을 노출된 구리선 리드에 접촉시킨다. 폭발한다

459 22. 무지개 불꽃 가산중학교 한송희 서로 다른 금속염은 종류에 따라 무지개 색을 내면서 탈 수 있다. 다음 물질을 담은 파이렉스 페트리 접시 6개 붉은색: 스트론튬염 + 메탄올 주황색: 나트륨염 + 메탄올 노란색: 에탄올 녹색: 산화구리 + 메탄올 푸른색: 메탄올 보라색: 세슘염(혹은 칼륨염) + 메탄올 1. 페트리접시의 가운데에 염을 작은 산 모양으로 쌓고 그 둘레에 알코올을 붓는다. 2. 어두운 교실에서 불을 붙인다. 각각은 나름의 독특한 색을 나타낼 것이다. 3. 알맞은 때에 페트리접시의 뚜껑을 덮어 불을 끈다. 주의: 이 실험세트는 몇 년에 걸쳐 사용할 수 있다. (단 보관하기 전에 알코올은 다 말리거나 태워 없애 야 한다)

460 학생활동지 실험22. 무지개 불꽃 날 짜 학년 반 번호 이 름 20 년 월 일 - 서로 다른 금속염은 종류에 따라 타면서 다른 색을 나타냄을 알 수 있다. - 뚜껑이 있는 파이렉스 페트리 접시 7개(없으면 증발접시 7개), 염화스트론튬, 염화나트륨, 염화 구리, 염화칼륨, 질산스트론튬, 메탄올, 에탄올, 점화기구, 나무판 혹은 하드보드지 판(4절지를 길게 1/2로 자른 것, 접시 밑에 깔 것) - 불을 붙일 때 재빨리 붙인 후 손을 피한다. 실험 내내 불조심에 유의한다. - 실험하는 동안 환기가 잘 되도록 한다. - 불이 붙었을 때 나오는 기체를 흡입하지 않도록 주의한다. - 실험을 마친 후에는 손을 깨끗이 씻도록 한다. 1. 6개의 페트리접시에 1-6까지 번호를 붙여 놓는다. 2. 각 번호의 페트리 접시에 다음에 제시한 염을 작은 산 모양으로 쌓고 그 둘레에 알코올을 5mL 정도 붓는다.(3, 5번 접시에는 메탄올, 에탄올만 붓는다) 1번: 스트론튬염 + 메탄올 2번: 나트륨염 + 메탄올 3번: 에탄올 4번: 산화구리 + 메탄올 5번: 메탄올 6번: 세슘염(혹은 칼륨염) + 메탄올 3. 어두운 교실에서 각 접시에 불을 붙인다. 4. 각각의 페트리 접시는 어떤 불꽃색을 내는지 관찰한다

461 5. 남은 1개의 페트리 접시에 질산스트론튬을 가운데에 쌓고 주변에 메탄올 5mL를 부은 후 불을 붙여 색을 관찰한다. 6. 충분히 관찰한 후 알맞은 때에 페트리접시의 뚜껑을 덮어 불을 끈다. 1. 각각의 페트리 접시에서 보이는 불꽃의 색을 써보자. 2. 질산스트론튬의 불꽃색은 어떤 색인가? 3. 특정한 불꽃색이 나타나는 이유를 써보자. - 특정 금속원소가 포함된 화합물은 독특한 불꽃색을 나타낸다

462 23. ph 지시약과 무지개 색 가산중학교 한송희 지난 몇 년 동안 3번-5번 실험을 다음의 단일 시범실험으로 교체하였다. 이 시범은 6개의 적은 양의 무색의 용액(나중에 7번째 무색의 용액이 더해지면 서로 다른 무지개 색으로 변한다)을 담고 있는 비커가 필요하다. 몇 초 후에 다른 무색의 용액이 더해지면 무지개 색은 사라진다. 그 다음 다른 무색 용액을 넣으면 다시 색이 나타난다. 마지막으로 여섯 개의 모 든 비커 속 용액을 매우 큰 비커에 쏟아 넣으면 다시 색이 사라지고 투명하게 된다. 이 실험은 Shakhashiri의 Chemical Demonstrations 3권에 충분하게 논의되어 있다. 6개의 600mL의 키가 큰 길쭉한 비커 1개의 4L 비커 6개의 유리막대 light 테이블 50mL의 9M NaOH가 든 시약병(18g의 NaOH를 50mL의 증류수에 녹여서 준비한다) 3L의 0.012M NaOH(1.44g의 NaOH를 3L의 증류수에 녹여 준비한다)가 든 커다란 플라스크(혹 은 갤런병) 500mL의 0.05M H 2SO 4(1.39mL의 진한 황산을 500mL의 증류수로 묽혀서 준비한다) 가 든 병 진한 18M H 2 SO 4 붉은 지시약: 1.5g의 페놀프탈레인과 3.0g의 m-니트로페놀을 30mL의 95%에탄올에 녹여서 준 비한다. 주황색 지시약: 0.45g의 페놀프탈레인과 6.0g의 m-니트로페놀을 30mL의 95%에탄올에 녹여서 준비한다. 노란 지시약: 6.0g의 m-니트로페놀을 30mL의 95%에탄올에 녹여서 준비한다. 녹색 지시약: 6.0g의 티몰프탈레인과 6.0g의 m-니트로페놀을 30mL의 95%에탄올에 녹여서 준 비한다. 푸른색 지시약: 1.5g의 티몰프탈레인을 30mL의 95%에탄올에 녹여서 준비한다. 보라색 지시약: 0.9g의 페놀프탈레인과 0.4g의 티몰프탈레인을 30mL의 95%에탄올에 녹여서 준비한다. 참고: 위에 적은 6개의 지시약용액은 시약병에 넣어 몇 년 동안 사용할 수 있다. 1. 시범실험이 시작되기 전에 6개의 600mL 키 큰 비커를 light 테이블에 한 줄로 세워놓는다 mL의 0.05M H 2SO 4를 각 비커에 붓는다. 여기에 2방울의 각 지시약 용액을 각각에 맞는 비

463 커에 떨어뜨린다. 각 비커에 막대를 넣고 젓는다(비커 내용물이 무색이 돼야 한다). 3. 테이블의 끝부분에 25-30mL의 진한 황산이 든 4L 비커를 놓아둔다. 4. 시범 실험이 시작되면 천천히 0.012M의 NaOH 용액을 각 비커에 넣어 적절한 색이 나타날 때 까지 젓는다(NaOH를 약 350mL 이상 넣지 않도록 한다). 무지개 색은 각 비커에 나타난다. 잠시 기다린다. 5. 다시 무색으로 변하게 하기 위하여, 0.05M H 2 SO 4 를 첨가하고, 저어준다(과량을 넣지 않는다). 잠시 기다린다. 6. 두 번째로 색이 나타나게 하기 위하여, 9M NaOH용액을 저으면서 방울방울 떨어뜨린다. 잠시 기다린다. 7. 마지막으로, 4L 비커를 테이블의 가운데로 가져와서 모든 6개의 비커의 내용물을 한꺼번에 붓 는다. 이 실험을 실제로 시연하기 전에 내용을 익히고 산과 염기의 양을 맞추고 또 노래를 사용한다면 노래에 맞는 색변화의 적정시간을 알기 위하여 여러 번 연습하는 것이 필요하다