물 속에서 불꽃놀이 하기
□ 목표 : 물 속에서의 불꽃놀이를 통해 연소 시 필요한 조건을 알 수 있다.
□ 미리 생각해 보기
물로 불을 끈다는 것은 누구나 다 안다. 물 속에서도 불을 일으키며, 물이 들어 있는 밀폐된 물 속에서도 불꽃이 연소하는 깜짝 세계를 경험해 보자.
□ 준비물
번쩍이 불꽃(문방구에서 파는 탄소봉이라고도 불림), 붓, 수조, 식용유, 유리로 된 쥬 스병, 성냥
□ 활동과정
① 수조나 페트병에 물을 가득 채운다.
② 번쩍이 불꽃에 불을 붙여 수조 속의 물에 넣어 본다(불을 다루는 실험이므로 화재에 주의하도록 한다).
③ 붓에 식용유를 약간 찍어 번쩍이 불꽃의 겉면에 묻힌다.
④ 번쩍이 불꽃에 불을 붙여 공기 중에서 조금 연소시킨 후 수조 속의 물에 넣어 본다.
⑤ 이번에는 물이 든 쥬스 병에 불이 붙은 번쩍이 불꽃을 넣고 뚜껑을 꽉 막아 관찰해 본다.
□ 과제 탐구
1. 번쩍이 불꽃의 겉면에 식용유를 바르는 이유는 무엇일까?
2. 번쩍이 불꽃이 물 속에서도 계속 타는 이유를 알아보자.
3. 번쩍이 불꽃이 진공 상태에서도 탈 수 있을까? 그 까닭은?
□ 참고 자료
○ 번쩍이는 불꽃의 연소
불이 붙은 번쩍이 불꽃을 물 속에 넣으면 당연히 금방 꺼져 버린다. 번쩍이 불꽃의 단면을 칼로 잘라 관찰하여 보면 몇 개의 층이 있다. 이 몇 개의 층에는 화약과 심지 그리고 그 가운데에 있는 심지 주위에는 산소를 발생시키는 산화제가 포함된 층이 있다. 이 층에서 산소를 발생시키기 때문에 격렬한 불꽃을 일으키며 타게 되는 것이다.
공기 중에서 연소되고 있는 불꽃을 물 속에 넣으면 불이 꺼지게 되지만 번쩍이 불꽃의 겉면에 식용유를 묻히면 물 속에서도 폭죽 안의 화약에는 물이 스며들지 않는다. 따라서 물 속이라고 해도 심지 주위에서 자체적으로 산소를 발생시키기 때문에 연소가 가능하다. 물이 들어있는 투명한 유리병에 번쩍이 불꽃을 넣고 뚜껑을 막아도 계속 연소할 수 있는 까닭은 위와 같은 원리 때문이다.
○ 연소에 대한 궁금증
양초에 불을 붙여 연소시킨 뒤 종이 같은 것을 불꽃 근처에 가져가면 시커먼 그을음이 생기는데 그 이유는 무엇일까?
양초 성분 중에는 탄소라는 것이 있습니다. 산소가 충분할 경우 탄소 성분은 완전히 연소되어 이산화탄소로 바뀌므로 그을음은 생기지 않습니다. 그러나 산소가 부족할 경우, 양초 속에 있는 성분 중 탄소가 연소되지 못한 채로 분리되어 나오는데 이것이 바로 그을음입니다.
연소에 필요한 것이 바로 산소입니다. 그러면 물 속에도 산소는 들어 있는데 왜 불이 꺼지는 것일까?
물을 흔히 H2O라고 부릅니다. 이때 H는 수소를 가리키고 O는 산소를 가리킵니다. 하지만 물을 구성하는 산소는 연소에 필요한 산소 기체와는 다릅니다. 우리가 흔히 말하는 산소분자는 연소를 도와주는 성질을 가지고 있으나 산소 원자는 그렇지 않습니다.
