탄산칼슘 분필을 이용하여 산화칼슘의 발열반응 실험을 간단하게 해 볼 수 있다.
다음은 그에 관한 실험 영상이다.
산화칼슘과 물이 만나 반응하는 과정에선 열이 발생한다.
비화식 식품 발열팩에도 음식을 조리하거나 물을 끓이기 위해 대부분 산화칼슘(생석회)을 이용한다.
또한 구제역 예방을 위해 소독할 때도 산화칼슘이 도포된 도로에 물을 뿌려 발생하는 열로 지나가는 자동차의 바퀴를 소독한다.
산화칼슘에 물을 부어주면 반응이 일어나며 열이 발생해 온도가 올라가기 때문에 가능한 현상들이다.
학교에서 사용하는 분필을 이용해도 간단하게 산화칼슘의 발열반응 실험을 해 볼 수 있다.
분필은 학교에서 비교적 쉽게 구할 수 있으니 실험에 이용하기 좋다.
이 실험에선 온도변화가 크지 않아(양이 적으니까) 김이 나거나 부글거리며 끓는 현상과 같은 극적인 효과는 볼 수 없지만
학생들 호기심을 불러 일으킬 수 있고
탄산칼슘과 산화칼슘 2가지는 기억하게 할 수 있을 것 같다.
탄산칼슘을 태우면 산화칼슘이 된다.
<실험방법>
1. 주성분이 탄산칼슘인 분필을 준비한다.(대부분의 분필은 탄산칼슘으로 되어 있다)
2. 산화칼슘 만들기 (그냥 분필로는 안된다. 탄산칼슘 분필을 산화칼슘으로 만들어야 한다)
탄산칼슘을 토치로 가열하면 열을 흡수하면서 이산화탄소와 산화칼슘으로 분해 된다. (흡열반응)
CaCO ₃ (s) → CaO(s) + CO ₂ (g)
먼저 토치로 분필을 가열해서 산화칼슘으로 변화시켜야 한다.
강한 불길에 약간 갈라지기도 하고 일부가 떨어져 나오기도 한다. 20초 정도 가열하면 분필 겉부분은 산화칼슘으로 변한다.
가열한 분필(산화칼슘)을 충분히 식을 때 까지 10-20분 정도 기다린다.
(가열하자 마자 만지면 안된다. 화상을 입을 수 있다. 상당히 뜨거운 상태다. 충분히 식을 때까지 기다려야 한다)
3. 물과 반응시키기
충분히 식어서 실온과 같아진 산화칼슘과 약간의 물이 담긴 용기를 준비한다.
물에 토치로 가열해 산화칼슘으로 변한 분필을 담그면
산화칼슘과 물이 반응하여 수산화칼슘으로 변하면서 발열반응이 일어난다.
CaO(s) + H ₂ O(l) → Ca(OH) ₂ (s)
4. 산화칼슘 발열반응 열화상카메라로 관찰.
만들어진 산화칼슘 양이 적어서 온도변화가 아주 조금일어나기 때문에 온도 변화를 눈으로 관찰하기는 쉽지 않다.
그래서 열화상 카메라를 이용해서 촬영해 보았다.
가열해 산화칼슘으로 변한 분필과 물이 만나는 순간 바로 분필 겉부분의 온도가 올라가는 것을 확인할 수 있다.
사진을 보면 가열이 많이 된 끝부분(산화칼슘)의 온도가 더 많이 올라가는 것을 볼 수 있다.
(열화상 카메라를 사용할 때 분필을 오래 잡고 있으면 체온에 의해 분필 온도가 올라간다. 분필을 손으로 잡지 말고 핀셋 등을 이용해서 잡을 것)
<제언>
분필을 곱게 갈아서 가루로 만든 후 토치로 가열해서 산화칼슘으로 만들고
물을 조금 부어 주면 지금보다 훨씬 온도가 높아지지 않을까 실험해 보고 싶다.
