1. 철이 연소할 때 산소가 필요하다.
산화철이 될 때 산소가 줄어드는 걸 확인하는 실험을 설계해 보았다.
우선 지퍼백에 핫팩을 넣고, 공기를 가득 채운 후, 반응이 일어난 후 지퍼백 부피변화를 관찰해 보았다. 어느정도 부피가 줄어드는 걸 볼 수 있었다. 산소가 다 소모되면 더이상 부피가 줄어들지 않는다.
그렇다면 지퍼백안이 산소로 가득차 있다면 지퍼백의 부피가 완전히 줄어들까 궁금해 졌다.
휴대용 산소통을 준비하고 핫팩을 지퍼백에 넣은 다음 지퍼백안에 산소를 집어 넣어 부풀렸다.
대조군으로 한쪽에는 공기를 넣어 부풀리고 실험을 해 보았다.
한시간 만에 산소를 넣은 지퍼백은 거의 쪼그라 든 것을 확인할 수 있었다. (반응하는 동안 발생하는 기체가 없다는 것을 알 수 있다)
이로서 철가루는 산소를 소모한다는 것을 알 수 있다. 그리고 지퍼백안에 생각보다 수분이 많이 생긴 것을 보고, 핫팩에 수분이 어느정도 들어있다는 것을 짐작할 수 있었다.
1시간 후 핫팩을 꺼내 질량을 측정해 보니, 산소 봉투에 넣어 두었던 핫팩의 질량이 공기쪽보다 더 무거웠다. 산화철로 더 많이 변했기 때문일 것이다.
산소봉지 안에서의 변화실험은 아래 동영상 참고
1시간 동안 촬영한 영상을 360배 빨리 재생시켜 보았다.
https://www.youtube.com/watch?v=nnmFTNyMXWQ
산소를 넣은 봉지안에 산소가 다 소모되면 발열반응은 더 이상 일어나지 않고 멈춘다.
다시 봉지를 열어서 공기 중 산소와 접촉시키면 다시 발열 반응이 일어난다.
2. 산화철이 되면서 줄어든 산소의 양을 알 수 있을까?
밀폐된 병안에 산소가 줄어든다면 기압도 감소할 것이다. 갤럭시워치 기압계를 넣고 실험해 보았는데 실패했다.
갤럭시워치가 최대 1시간 동안만 화면이 켜져 있어서, 수기로 화면이 꺼지지 않게 흔들어 주었는데, 결국 실패했다.
압력계가 달린 진공용기를 사용해서 핫팩을 넣고 압력을 약간 감소시켜 용기 뚜껑이 안열리게 하고 실험을 했는데 이것도 실패했다.
진공용기가 생각처럼 밀폐가 잘 안 되는 것 같다. 시간이 지나면 조금씩 기체가 세는 것으로 보인다.
그래서 수조에다가 종이컵을 놓고, 핫팩을 물에 젖지 않게 종이컵 위에 올려 놓은 후 통을 뒤집어 씌워서 수면 변화를 관찰해 보았다. 예상 만큼 많이 줄어들지는 않았지만 산소가 줄어들면서 수면이 위로 올라오는 것을 확인할 수 있었다.
추가 : 핫팩과 주사기 이용한 산소량 확인 실험
주사기 안에다 철가루를 넣고 반응을 시키면서 주사기 부피 줄어드는 것 관찰
<이번 실험을 통해 알아낸 생활의 팁>
핫팩은 15시간에서 24시간 정도 사용이 가능하다. 산소와 결합하는 시간을 조절하면 더 오랫동안 사용할 수 있다.
아침에 추울 때 사용하다가 따뜻한 점심에는 발열반응이 일어나지 않게 하려면 핫팩을 지퍼백에 넣어 공기를 빼고 밀봉시키면 된다.
그럼 핫팩은 더 이상 반응하지 않고 멈추게 된다. 저녁에 다시 지퍼백에서 꺼내면 산소와 반응하면서 다시 발열반응이 시작된다.
한번 반응한 걸 일반적인 방법으로 되돌릴 수는 없지만, 산소와의 반응을 차단해서 여러번 나눠서 사용하는 것은 가능하다.
<제언> - 시간되면 추가 실험 예정
병안에 눈금자를 붙이고 수면이 얼마나 올라가는지 정확하게 실험해 보고 싶다.
병안에 산소를 가득채우고 같은 방법으로 수면 변화를 관찰해 보는 것도 재미있을 것 같다.
통안에 들어가는 작은 기압계를 구해서 산소가 빠져나가는 동안 기압이 얼마나 변하는지 측정해 보고 싶다.
이전실험은 아래 링크 참고
핫팩을 이용한 화학반응성과 규칙성 실험
핫팩안에는 철가루가 들어 있다. 철가루가 산소와 결합해서 산화철이 되면서 발열 반응에 의해 열이 발생한다. 복잡한 실험 도구 없이 핫팩을 가지고 질량보존법칙과 일정성분비의 법칙 실험
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수업시간 활용 방법은 아래 링크 참고
핫팩과 발열팩을 이용한 초간단 모둠별 발열반응 실험
전에는 직접 철가루를 이용해서 산화철로 바뀔때 열이 발생하는 발열 실험을 하기도 했다. 이렇게 하려면 철가루 뿐만 아니라 다른 재료들도 준비해야 하기 때문에 시간도 많이 걸리고 번거롭
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