고체/액체/기체와 함께한 신비로운 과학의 세계
지난 7월 27일, 이화여대 자연사박물관에서는 대기 중의 수증기를 주제로 물질의 세 가지 상태변화에 대해 알아보기 위한 수업이 진행되었다. 과연 우리주변 물질들을 고체, 액체, 기체로 구분하는 기준은 무엇일까?
고체는 단단하고 모양이 일정하기 때문에 담는 용기에 상관없이 부피와 모양이 일정하다. 액체는 흐르는 성질이 있어서 담는 용기에 따라 모양은 변하지만 부피는 일정하다. 마지막으로 기체는 고체나 액체와 달리 사방으로 퍼져나가는 성질이 있어 담는 용기에 따라 모양과 부피가 변한다.
호수나 강, 바다의 물은 수증기로 변해 공기 중으로 들어가고, 이 수증기는 다시 작은 물방울로 변해 구름을 만들거나 비나 눈이 되어 내린다. 빗물과 눈이 녹은 물은 다시 바다로 흘러가며, 이 과정을 반복하는데 이것을 물의 순환이라고 부른다.
다음으로는 우리 주변에서 볼 수 있는 상태변화에 대해서 이야기를 나누어 보기도 했다. 한 학생은 ‘목욕을 하고 나왔더니 천장의 수증기가 응결하여 물방울이 맺혔다.’라고 했고, 다른 학생은 ‘냉동실에 물을 얼려 놓자 얼음이 되었다.’고 말했다.
고체, 액체, 기체의 분자배열 모형에 대해서도 배웠다. 교재에는 고체, 액체, 기체 분자배열 모형그림이 나온다. 분자들이 규칙적으로 일정한 모습을 하였으며 활동 면적이 없는 그림은 고체의 분자배열 모형이다. 분자들이 조금 불규칙적이고 비어있는 공간이 있어서 활동면적이 있는 그림은 액체의 분자배열 모형이다. 마지막으로 분자들이 불규칙적으로 늘어져 있고 공간이 텅텅 비어 있어서 활동 면적이 넓은 그림은 기체의 분자배열 모형이다.
학생들은 수업 중에 신기하고 놀라운 사실도 알게 되었다. 똑같은 물이어도 냉방용 물로 사용되는 물이 있고, 난방용 물로 사용되는 물이 있다는 사실이었다. 더운 여름철에는 마당에 물을 자주 뿌리게 되는데, 이는 물을 이용한 냉방 법 중 하나다. 마당에 뿌린 물은 시간이 지나 기체 상태로 증발하게 되는데, 이때 수증기가 되는 물이 주변으로부터 많은 열을 흡수하게 되어서 그 근처에 있으면 시원함을 느낄 수 있기 때문이다.
반면에 이글루에서 생활하는 에스키모인들은 이글루 안을 따뜻하게 하기 위해 물을 뿌린다. 에스키모인들이 사는 추운 지방에서 물을 뿌리게 되면 물이 얼게 되는데, 액체 상태의 물이 고체 상태로 변하는 과정에서 많은 열을 방출하게 되어 따뜻함을 느낄 수 있다. 에스키모인들은 이 원리를 이글루에 작용하여서 이글루 벽면에 물을 뿌려 조금 더 따뜻하게 만들어 생활한다.
이제 자연사수업의 하이라이트인 실험 시간이 돌아왔다. 준비물은 염화코발트용액, 거름종이, 핀셋, 양면테이프, 풍차도면, 드라이기이다. 공기 속에 물이 포함되어 있음을 알고 습기를 직접 확인할 수 있는 실험이다. 염화코발트는 물을 만나면 붉은 색으로 변하는 성질이 있는데 이를 이용해 공기 속에 포함된 물과 습기를 알아볼 수 있다. 실험 방법은 아래와 같다.
1. 거름종이 4장을 핀셋을 이용해 준비되어 있는 염화코발트 용액에 담근다.
2. 염화코발트 용액을 충분히 묻힌 거름종이를 충분히 말린다.
3. 완전히 마른 거름종이는 파란색으로 변한다. 이 거름종이를 풍차도면의 풍차날개 부분에 붙인다.
4. 이 거름종이에 입김을 불거나 공기 중에 오래두면 풍차는 붉은색으로 변해 공기 속에 물이 포함되어 있음을 확인 할 수 있다.
실험이 끝난 후 학생들은 교실 앞의 PPT 화면을 통해 ‘우리가 생활하기에 적당한 온도’에 대해 알아보았다.
생활하기에 적당한 온도는 18˚c, 여름철 냉방 온도는 25~28˚c가 적당하다. 겨울철 난방 온도는 15~20˚c, 목욕물의 온도는 35~40˚c가 좋다. 또 냉장고 안의 온도는 0~4˚c, 공부하는 방안의 온도는 15~17˚c, 수영장의 온도는 27~29˚c이다.
이화여대 자연사수업에 참가한 학생들은 염화코발트 용액의 원리와 물질의 3가지 상태변화와라는 실생활에서 유용한 과학지식을 머리에 꼭꼭 담아 집으로 돌아갔다.
송채영 (녹번초 4년) 양은 "대기 중의 수증기 수업을 배우면서 물질의 3가지 상태 변화에 대해 알게 되었다. 실험이 재미있었고 앞으로도 이런 실험을 계속해 보고 싶다."고 했다. 김준형 (이대부속초 3년)군은 "대기 중의 수증기 수업 중 염화코발트를 이용한 실험이 가장 기억에 남는다. 실험이 신기했고 물질의 3가지 상태변화에 대해 몰랐었는데 알 수 있어서 좋았다."며 참가 소감을 밝혔다.
이번 수업을 맡은 오수민 강사(34세)는 "이 수업을 받고 아이들이 물질의 3가지 상태변화와 같은 몰랐던 개념을 이해하고 집으로 돌아간다는 점이 보람 있다. 이번 실험은 간단했지만 염화코발트의 원리를 알 수 있어서 유익했다. 아이들과 같이 실험하는 것이 즐겁다."고 했다.
박나람 기자 (서울구암초등학교 / 4학년)
