■ 교사용 실험 자료실

실험 제목	나만의 열쇠고리	실험 원리	이온화 경향을 이용한 구리 석출 관찰
실험 시간	40분	실험 분야	화학	실험 방법	4인 1조, 12인용
세트구성물	황산구리, 에탄올, 모양철판(강아지, 하트), 플라스틱비커, 종이컵, 굵은실, 핸드폰고리
교사준비물	증류수(정수기 물), 주방세제, 헤어드라이기, 코팅스프레이(가능하면) [관련 상품] 코팅스프레이 : 3,300 원	학생준비물	유성사인펜(네임펜)
실험 결과	열쇠고리 2개를 가져갈 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 황산구리용액에 담그는 시간을 오래하면 구리가 너무 많이 석출되어 잘 떨어집니다. TIP 2. 황산구리 수용액의 농도는 0.5~1M이 적당하며, 진할수록 석출되는 구리의 양은 많아지지만 글씨나 그림의 모양이 부드럽지 않고 요철이 심하여 거칠게 나타납니다. TIP 3. 석출된 모양이 매우 마음에 안드는 경우 완전히 긁어 닦아내고 다시 실험하여도 됩니다. TIP 4. 헤어드라이기로 가열하여 말리면 좋지만 없을 경우 알코올램프에 직화로 김굽듯이 말려주셔도 됩니다. TIP 5. 코팅스프레이 대신 투명 메니큐어를 사용하셔도 됩니다.

이온 음료를 마셔본 적이 있습니까? 이온이란 무엇일까요?

주로 물(용액) 속에서 원자(분자)가 전자를 잃거나 얻어 전하를 띠게된 물질을 말합니다.

이때 (+)전하를 띤 이온은 양이온, (-)전하를 띤 이온은 음이온이라고 합니다.

1. 철판의 주성분은 철입니다. 철의 화학명과 원소기호를 알아봅시다.

철 [鐵]  화학명 :  Iron   원소기호 : Fe

2. 황산구리가 물 속에 용해되면 어떤 이온으로 나누어질까요? 그 중 금속이온은 무엇입니까?

원리학습 참조

3. 철판을 황산구리 용액 속에 담그면 철판 표면에 석출되는 것은 무엇인가요? 그 이유는 무엇일까요?

이온상태였던 구리보다 철의 이온화 경향이 크기 때문에 철은 구리에게 전자를 주고 이온이 되며 구리는 전자를 얻어 금속구리로 석출됩니다.

Cu2+ +2e-    ->  Cu(환원)

산화환원반응 [ 酸化還元反應 , oxidation-reduction reaction ]

전자가 이동하여 산화와 환원을 동시에 일으키는 반응을 말한다. 환원과정에서 얻은 전자는 산화과정에서 잃은 전자와 같아야 한다. 금속이 산과 같은 전해질 용액에 녹으면 물질 사이에 전자를 주고 받는 반응이 일어난다. 이때 어떤 원자나 이온이 전자를 잃고 산화하면 이 전자를 얻어 환원되는 다른 원자나 이온이 있기 때문에 산화와 환원은 항상 동시에 일어난다.

Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

이 반응에서 아연은 산화하여 아연 이온이 되고 구리 이온은 환원되어 구리가 된다. 한편 산화환원반응에서 다른 물질은 환원시키면서 그 자체는 산화되는 물질을 산화제라고 한다. 예를 들어 위의 반응에서 아연은 구리를 환원시키므로 환원제이고, 구리는 아연을 산화 시키기 때문에 산화제이다.

이와 같은 산화환원반응에서 전자를 도선으로 이동하게 하면 도선에 전류가 흐른다. 이 원리를 이용한 것이 전지인데, 전지는 산화환원반응에서 생기는 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다.

도금 [ 鍍金 , plating ]

물건의 표면 상태를 개선할 목적으로 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 일

보통은 금속 표면에 다른 금속 또는 합금의 얇은 층을 입히는 조작을 말한다. 다른 금속의 박판(薄板)을 표면에 포개서 함께 압연하고, 표피(表皮)에 다른 금속을 맞붙이는 것은 합판(合板:clad)이라 하며, 도금이라고는 하지 않는다. 도금은 서양에서는 로마시대, 동양에서는 중국의 전한(前漢)시대부터 시작되었다. 한국에서는 삼국시대에 중국으로부터 기술이 전해져서 많은 불상에 도금이 이용되었다. 이 시대에 한국을 통해 일본에도 기술이 전달되었다. 고대의 도금은 아말감을 칠하고 수은을 증발시키는 방법, 박(箔:foil)을 고열로 고착시키는 방법 등으로 금도금에 한정되었다.

오늘날 일반적으로 도금이라고 하면, 전기도금을 말하는 경우가 많다. 목적은 장식적인 미화(美化), 방식(防蝕) 및 내마모성, 접촉저항의 개선, 침탄(浸炭) 방지 등의 공업적인 응용 및 이것들을 겸하는 경우가 있다. 도금방법 ․용도에 따라 다소 차이가 있지만, 전기도금의 일반적인 공정은 탈수(脫銹) → 연마 → 탈지(脫脂) → 화학적 침지처리(浸漬處理) → 전기도금 → 후처리 → 건조의 순서이다. 도금을 개선하는 목적에 따라 분류하면 ① 방식(防蝕):원재료의 내식성(耐蝕性) 부족을 보완하고자 특정한 환경 속에서도 견딜 수 있는 금속을 입히는 것. 얇은 철판에 주석을 입히는 것(합석 등)이다. ② 표면경화(表面硬化):마모에 견딜 수 있도록 소재보다 단단한 금속의 박층(薄層)을 붙이는 것. 구리합금 제품의 크롬도금이 대표적이다. ③ 표면의 미화(美化):귀금속 또는 색채가 아름다운 금속합금의 박층을 물건의 표면에 붙여서 아름답게 보이도록 한 것. 장신구의 금도금이 일반적인 예이다. ④ 표면의 평활화(平滑化) 또는 빛 등의 반사율 개선:반사율이 높다든지 또는 매우 평활하고 광택이 좋은 금속의 박층을 붙이는 것. 후에 표면연마 또는 광택유지를 위하여 화학처리를 하여 한층 더 그 특성을 향상시키는 경우도 있다. 예를 들면 전열기구에서 열(熱)의 반사경의 크롬도금 등이다.

이 밖에 금속 아닌 소재에 금속을 붙일 때는, 커튼의 레이스에 알루미늄을 증착(蒸着)해서 태양 빛의 반사를 좋게 한 것, 일조(日照)에 의한 변색을 방지하고자 플라스틱제품에 금속을 증착하는 것, 비금속 제품에 전주(電鑄) ․용사(溶射) 등의 방법으로 금속을 붙여서 겉모양을 금속제품처럼 보이게 하는 것 등이 있다. 도금은 입히는 방법에 따라 분류하면 전기도금 ․용해금속 침지도금 ․용사분무도금 ․증착도금 ․음극분무도금으로 나눌 수 있다.