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 번거롭기도 했다.
그래서 그 후에는 모든 재료가 다 들어 있는 핫팩을 준비하고 모둠별로 1개씩 나눠 주고 발열반응 실험을 했다.
이번에 생각해 보니 그렇게 많이 나눠 줄 필요가 없다. 어차피 온도가 올라간다는 것만 확인하면 된다.
핫팩 안에 부직포까지 자르고 안에 있는 내용물을 작은 종이컵(소주컵)에 조금씩 나눠 주고 실험해도 된다.
작은 종이컵에 철가루가 들어있는 내용물을 나눠 주면 2-3분만 지나도 뜨거워 지는 걸 느낄 수 있다.
재료도 적게 들고 발열 반응도 바로 확인할 수 있어서 좋다.
1. 핫팩에서 나온 철가루는 지퍼백에 공기빼고 보관
나눠줄때는 두숟가락 정도 나눠 주면 됨
실험끝나면 산화철은 큰 종이컵에 모아서 하루정도 두었다가 버림
(큰 종이컵에 모아두어도 하루 정도는 발열반응이 지속됨)
2. 발열제에서 나온 산화칼슘은 큰 컵에 보관
나눠줄때는 반숟가락 정도 나눠주면 됨 - 더 많이 나눠주면 끓다가 컵을 넘칠 수 있음.
물은 주사기로 5mL 정도 넣어주면 됨. 반응이 끝나고 산화칼슘이 남아 있으면 5mL 더 넣어줌
처음부터 물을 너무 많이 넣어 주면 끓어 넘쳐 흐를 수 있음.
실험끝나면 교탁에 종이컵 채로 가져다가 놓고 가게 함.
쉬는시간까지 발열반응이 일어날 수 있음. 1시간 정도 지난 후 비닐봉지에 모아서 버리면 됨.
<수업팁>
핫팩 안에 부직포를 미리 잘라서 내용물을 지퍼백에 모아 두었다가 실험을 하면 좋다.
핫팩 안에 부직포를 자르면 열이 발생해서 시간이 지나면 못 쓸 것 같지만
내용물을 지퍼팩에 넣고 공기를 뺀 상태에서 밀봉시켜 놓면 산소와 결합하지 못해 반응이 일어나지 않는다.
산소와 접촉만 차단하면 아무리 오래 두어도 상관 없기 때문에 몇일전에 미리 준비해 둬도 된다.
'너무 추워서 온도를 올리고 싶은데 방법이 없을까?
마법을 할 줄 아는 선생님이 너희들을 위해 마법의 가루를 오래 전 부터 준비해 놓았다.
종이컵에 조금씩 따라줄테니 모두 종이컵을 잡고 주문을 외우도록 해라.'
1-5분 정도 시간이 지나면 온도가 올라간다.
(처음에는 온도가 잘 올라가지 않는다)
핫팩이라고 이야기 하지 말고 그냥 신기한 가루라고 이야기 하자.
(핫팩이라고 이야기 하는 순간 이미 온도가 올라간다는 것을 알고 있기 때문에 별로 신기해 하지 않는다)
학생들에게 왜 온도가 올라가는지 자신의 생각을 말하게 하자.
그리고 핫팩이라고 주장 하면 추가 질문을 해 보자.
핫팩은 뜯자 마자 온도가 올라가지 않나? 만약 핫팩이라면 뜯는 순간 온도가 올라가서 뜨거워졌을 테고, 한번 쓴 핫팩은 다시 사용할 수 없게 될텐데, 그리고 너희들 처음 나눠줄때는 뜨겁지 않았어. 기억나지?
너희들이 모두 주문을 외운 후 뜨거워 졌단다.
학생들을 혼란스럽게 만들고
나중에 철이 산소와 결합해서 산화철이 되야지만 열이 발생하는 거라고 알려 주면 된다.
(그럼 철이 산소와 결합해야 한다는 것을 더 잘 기억하게 될 것이다.)
<추가 : 질량 측정>
작은 종이컵에 핫팩 내용물을 나눠 주면 내용물 안에 들어있는 철가루가 산화철이 되면서 질량이 증가한다.
0.001g 까지 측정이 가능한 전자저울로 변화를 측정해 보았다.
내용물이 작기 때문에 정밀한 저울이 필요하다.
동영상을 보면서 이상한 점을 찾아 보라.
< 질량 측정 실험시 주의사항>
그런데 재미있는 현상을 발견했다.
실험결과는 항상 이론처럼 되지 않는다.
산화철이 되면서 질량이 계속 증가할 줄 알았는데, 5분 정도 증가하다가 5분 후 부터는 오히려 질량이 감소한다.
이전실험에서도 설명한 것처럼 핫팩의 내용물에는 철이외에 물을 포함한 여러가지 물질들이 들어 있다.
핫팩을 이용한 화학반응성과 규칙성 실험 1
핫팩안에는 철가루가 들어 있다. 철가루가 산소와 결합해서 산화철이 되면서 발열 반응에 의해 열이 발생한다. 복잡한 실험 도구 없이 핫팩을 가지고 연소반응이나 질량보존법칙, 일정성분비의
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온도가 올라가면서 내용물에 들어있는 물이 증발하는 것때문에 질량이 감소한 것 보인다.
따라서 질량까지 측정하고 싶다면 질량이 증가하는 것은 5분 이내에 실험하는 것이 좋다.
아니면 부직포를 뜯지 말고 실험하는 것이 좋다. 부직포가 수분 증발을 막아 주기 때문에 부직포를 뜯지 않으면 질량이 증가하는 것을 볼 수 있다.
(밀폐된 병 안에 넣어 놓고 실험을 하면 질량보존법칙에 의해서 측정값은 변하지 않는다.)
<발열제를 이용한 추가실험>
발열 도시락에 사용하는 발열제도 뜯어서 안에 들어있는 산화칼슘을 따로 모았다가 같은 방법으로 실험해 볼 수 있다.
온도가 많이 올라가 위험하지 않을까 걱정했는데
작은 종이컵에 발열팩안에 든 산화칼슘을 조금만 나눠주고 물을 약간 넣어 실험해 보면 온도가 50도 정도까지 올라간다.
(결국 양이 문제다)
양이 많아지면 뜨겁다고 느낄 정도까지 온도가 올라가고 끓어 넘칠때도 있다. 양은 조금만 나눠 주도록 하자.
아래 영상은 많이 넣어서 끓어 넘치는 영상
그래서 양은 플라스틱 숟가락 절반 정도만 나눠 주는 것이 좋다. 처음에는 위험할까봐 철로된 받침을 준비했는데, 숟가락 절반 정도 나눠 주고 물5mL 정도 넣어 주면 그냥 실험대 위에서 해도 위험하지 않다. (예비실험 해 보고 산화칼슘양과 물의 양을 결정하면 좋다.)
끓어 넘치면 산화칼슘이 책상에 약간 튀기도 한다. 반응이 끝나고 물티슈로 닦아 주면 된다.
처음에는 별 반응 없다가 10분 정도 지나고 활발하게 반응하기도 한다. 끝날때 쯤 실험하면 끝나고 교탁에 모아 두었는데 그때 끓어 넘칠때도 있다.
중요한 건 양이다. 앞에서 이야기 한 것 처럼 많은 양을 줄 필요 없다.
<주의사항>
안전은 아무리 강조해도 지나치지 않다.
실험이 끝난 재료는 열이 나도 상관 없는 금속용기 같은 곳에 하루정도 따로 모아 두었다가 반응이 끝나고 쓰레기통에 버리면 된다.
급격히 반응해서 온도가 올라갈 때 불이 잘 붙는 물질이 옆에 있으면 화재가 날 위험이 전혀 없다고는 말 할 수 없다.
실험이 끝나자 마자 바로 쓰레기 통에 버리면 열이 발생해 쓰레기통이 뜨거워 질 수도 있다.
모아두었다가 하루 정도 지나고 버리도록 하자.
<참고>
흡열 반응은 정현주샘이 알려주신 광선검을 모둠별로 1개씩 나눠주고 실험했다.
광선검안에 물이든 팩을 눌러 터뜨리면 반응하면서 온도가 내려간다.
아래 사진에 비닐봉지 않에 광선검을 뜯어서 모아본 흰색가루와 물봉지
분필로 산화칼슘 만들어서 발열반응 확인하기
탄산칼슘 분필을 이용한 산화칼슘의 발열 반응 실험
탄산칼슘 분필을 이용하여 산화칼슘의 발열반응 실험을 간단하게 해 볼 수 있다. 다음은 그에 관한 실험 영상이다. https://youtu.be/swYXsY9T4Gs 산화칼슘과 물이 만나 반응하는 과정에선 열이 발생한
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