3-1-1. 우리 주위의 물질
(5,6차시) 가루 물질 가열하기
1. 과학개념 및 배경이론
이 단원에서는 물질 개념을 도입하고 있다. 즉 ‘물체는 물질로 이루어져 있음’을 알고, 물질의 성질에 대하여 알아본다. 직전(4) 차시에서는 물질의 색깔, 크기, 촉감 등의 물리적 성질을 관찰하고, 본 차시(5-6차시)에서는 열에 의한 변화, 그리고 다음(7) 차시에서는 요오드 용액과 식초에 의한 변화 등 화학적 변화에 대하여 조사함으로써 가루 물질들의 특징적인 성질을 학습한다.
본 차시에서 다루는 물질은 설탕, 소금, 녹말, 탄산수소나트륨, 황산구리이다. 이들 가루 물질들은 겉보기에는 비슷해 보이므로 같은 물질이라고 혼동할 수도 있을 것이다. 그러나 이들 가루 물질들을 가열할 때 나타나는 변화가 다름을 관찰함으로써 물질마다 성질이 각각 다르다는 것을 학습한다. 본 차시에서 학습한 물질의 성질을 이용하여 마지막 차시인 8차시에서 혼합물 속의 물질을 알아내게 된다.
물질을 가열하면 여러 가지 변화가 일어난다. 얼음이나 나프탈렌과 같이 고체에서 액체, 또는 기체로 되는 것은 상태만 변했을 뿐 여전히 동일한 물질로 있는 것이다. 그러나 분해나 연소와 같은 화학 반응을 일으킨 것은 전혀 성질이 다른 물질로 바뀌는 것이다. 설탕의 경우 가열하면 분해되어 녹으면서 누렇게 되다가 나중에는 물이 빠지고 탄소만 남아 검게 된다. 탄산수소나트륨 역시 분해되어 탄산나트륨과 물, 이산화탄소로 분해되지만, 탄산수소나트륨과 탄산나트륨의 색이 동일하여 아무런 변화가 없는 듯이 보이지만, 다른 물질로 바뀐 것이다. 녹말의 경우도 마찬가지로 열에 의해 분해되어 갈색으로 변하다가 검게 된다. 황산구리는 결정수를 포함한 경우 파란색으로 보이지만 가열에 의해 결정수를 잃게 되면 흰색을 띠는 것이다. 소금은 결정들이 엉켜 붙은 덩어리 상태로 있는데 그 속에는 수분이 함유되어 있다. 따라서 소금을 가열하면 덩어리 수분이 증발하면서 기체로 팽창하므로 결정이 떨어져 나가면서 튀는 것이다. 팝콘을 튀길 때 탁탁 소리를 내는 것 역시 옥수수 안에 있던 수분이 팽창하면서 껍질이 터지는 것과 같은 이치이다.
2. 실험 상 유의점
< 알코올 램프 사용법>
- 알코올 램프에 알코올을 반 정도 넣어 준다.
- 애자나 병의 입구가 파손된 경우 위험하므로 틈이 있는지 미리 확인한다.
- 심지는 알코올을 잘 흡수할 수 있는 무명실이나 거즈를 사용하며, 심지 크기로 불꽃 크기를 조절한다.
- 성냥은 몸 바깥쪽으로, 사람이 없는 쪽으로 그어서 켠다.
- 성냥을 켜지 못하는 학생도 많이 있으므로 점화기를 사용하는 것이 좋다. 점화기는 라이터 가스를 이용하여 충전하여 반영구적으로 사용할 수 있다.
- 알코올 램프의 불은 육안으로 쉽게 확인이 어려우므로 주의한다. 성냥으로 심지 근처를 스치기만 해도 충분히 불이 붙을 수 있으므로 성냥을 심지에 오래 대고 있을 필요가 없다.
- 불이 붙은 알코올 램프를 움직이거나 기울여서는 안 된다.
- 불을 끌 때는 뚜껑을 덮었다가 잠시 후 살짝 열어서 불이 꺼진 것을 확인하고 다시 덮는다.
- 알코올 램프가 넘어져 불이 붙었더라도 당황하지 말고 주위의 가연성 물질을 치우고 기다리면 곧 꺼진다. 주변에 모래나 담요가 있으면 덮어서 끌 수 있다. 소화액을 분사하거나 물을 뿌리면서 불붙은 알코올이 밀려 나가 오히려 화재를 키울 수 있으므로 주의한다.
<가루 물질 가열 시 유의점>
- 가루 물질을 가열할 때 물질이 튀어 눈에 들어갈 수 있으므로 보안경을 쓰도록 한다.
- 가루 물질은 너무 많은 양을 사용하지 말고 적당량을 사용한다.
- 은박 접시 위에 가루 물질을 펼쳐서 가열하면 변화를 빨리 볼 수 있다.
- 소금은 가는 소금보다 수분을 함유하고 있는 굵은 소금을 사용하는 것이 좋다.
- 너무 오래 가열하여 태우면 탄 냄새로 인하여 호흡에 지장을 초래하므로 적당히 가열한다.
- 가열 중에는 공기의 흐름이 없는 안정된 상태가 좋으나 가열 후에는 실내 공기를 환기시킨다.
- 가열이 끝난 후에도 은박지가 뜨거우므로 화상을 입지 않도록 주의한다.
3. 초등교사 및 학생들이 가진 오개념
관찰 활동을 할 때 아무 변화가 없는 것은 대수롭지 않게 여기면서 기록하지 않는 경우가 많다. 어떠한 조작을 가했을 때 아무 변화가 없는 것도 그 물질의 특성이 될 수 있음을 인식하고, 중요시 할 필요가 있다.
4. 대안적인 실험
- 교과서에서는 크기가 작은 은박접시를 이용하여 물질의 변화를 하나씩 확인하지만, 5가지를 모두 담을 수 있는 크기의 은박접시를 이용하면 한 눈에 5가지 가루물질들의 변화를 동시에 비교, 확인해 볼 수 있고 가열에 걸리는 시간을 절약할 수 있다.
5. 기타
