수소와 산소를 합성하여 물을 만드는 실험을 해 보았습니다.
오래전부터 구상해 오던 방법인데 주사기를 이용하면 부피비를 볼 수 있을 것 같아서
오늘 실험에 도전해 보았습니다.
주사기를 이용하면 쉽게 실험할 수 있을 것 같아 시도해 보았는데 생각한 실험은 성공시키지 못했네요
산소모으는 방법은 1회용 산소를 이용했구요.
수소는 수상치환을 할까 고민하다가 간단하게 새로운 방법을 구상해 보았습니다.
주사기에 마그네슘리본을 작게 잘라 넣고, 묽은 염산을 끌어들이면 안에서 반응이 일어납니다.
그럼 다른 주사기를 반대쪽에 연결하면 쉽게 수소를 모을 수 있습니다.(동영상 참고)
수소와 산소를 2:1 로 모으고 압전기로 스파크를 발생시켜 물이 만들어지면서
부피가 확 줄어드는 것을 보여 주려고 했는데
부피가 줄어드는 걸 보여주는데는 실패했습니다. 이론적으로는 가능할 것 같았는데
반응이 일어나면서 피스톤이 발사되 버리네요.
예비실험에서는 일부 부피가 줄어드는 현상을 확인하기도 하였습니다.
(부피가 줄어드는 걸 확인하기 위해 점화용마개를 만들때 글루건으로 공기가 세지 않도록 완벽하게 밀폐한 후 실험하였습니다.)
그런데 매번 실험할때 마다 잘 나오지는 않네요. 부피비를 제대로 못맞춰서 그렇겠지요. ^^
실제 동영상을 찍을때는 욕심을 부리다가 피스톤이 발사되어 버렸습니다. ^^
동영상에서 보시는 것처럼 피스톤 발사되면서 압전기 고장으로 추가실험을 할 수 없게 되어 버려서
그냥 물이 생기는 정도로 실험을 마무리 합니다.
주사기 내부표면에 뿌옇게 흐려지며 물이 만들어 졌다는 것만 확인하는 실험이 되어 버렸네요
기회가 되면 다시 정밀하게 실험해 보고 싶네요.
---- 2020년 3월 1일 추가-- 이론적으로 계산을 해 봤다.
결합엔탈피를 가지고 계산해 보면 수소 2몰과 산소 1몰이 결합해서 물 2몰이 될 때 발생되는 에너지는 470KJ이 된다. (결합 엔탈피 참고 : http://study.zum.com/book/12614)
즉 물 2몰이 생성되면서 470KJ = 470000J = 111904cal 의 에너지가 만들어 진다는 것이다. (1cal = 4.2J)
이는 물1g 약11만도 올리는 열량이다.
물 2몰의 질량은 36g이므로 이론적으로 3108도까지 올릴 수 있다.
실온 20도(절대온도 293도) 정도 에서 실험을 했다고 가정하면 주사기 내부 온도는 순간적으로 약 3128도(절대온도 3401도) 까지 올라가게 되고 수증기 부피는 샤를의 법칙에 의해 순간적으로 약11.6배(3401/293) 로 증가하게 된다.
위 실험에서 생성된 수증기는 20mL 이므로 순간적으로 약 232mL까지 부피가 증가하게 되는 것이다. 따라서 250mL 주사기를 사용하면 이론적으로는 피스톤이 발사되지 않게 할 수 있다. 피스톤의 관성을 고려한다면 실패할 확률도 있으므로
수소 10mL 와 산소 5mL 로 실험을 하면 수증기 10mL 가 생성되고 부피가 약11.6배 증가해서 116mL 가 되므로 충분히 버틸 수 있을 것으로 보인다.
이론적으로 정립이 되었으니 시간이 되면 나중에 추가 실험을 해 봐야 겠다. ^^
