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나만의 열쇠고리

이온화 경향이 다른 금속의 산화-환원 반응을 이용하여 철로 된 작은 판에 무늬를 넣어 나만의  열쇠고리를 만들어봅시다.

[준비물] 황산구리, 에탄올, 원형 철판, 가는 실, 핸드폰 고리

비커(100ml) 2개, 샬레(철판이 들어갈 유리나 사기그릇), 증류수(깨끗한 물), 유성사인펜(네임펜), 주방세제, 헤어드라이기(알코올램프 와 도가니 집게), 코팅스프레이

[실험방법]

① 원형 철판을 주방세제로 문질러 기름기, 지문 등 이물질을 깨끗이 닦습니다.

☞ 물기 없이 휴지 등으로 닦아 말립니다.

② 준비된 원형 철판에 유성사인펜(네임펜)으로 원하는 글씨나 그림을 그립니다.

☞ 글씨는 짧게 두 세 글자 정도 쓰고, 진하게 쓰지 않는 것이 좋습니다.

☞ 유성사인펜(네임펜)으로 쓴 곳에는 구리코팅이 되지 않고, 그 외 부분만 구리코팅 됩니다.

③ 비커에 물 20ml를 넣고 여기에 황산구리 3.2g을 넣어 1M 황산구리 용액을 만듭니다.

④ 황산구리 용액에 철판을 약 4초간 담가 구리가 철판에 석출되는 것을 확인합니다.

☞ 철판의 모양에 따라 샬레 등 적당한 용기를 사용하세요.

⑤ 황산구리 용액에서 꺼낸 철판을 증류수에 담그자마자 꺼냅니다.

☞ 절대 흔들지 마세요. 구리가 떨어집니다.

⑥ 증류수에서 꺼낸 철판을 에탄올이 담긴 비커에 살며시 담가 사인펜이 지워지도록 합니다.

☞ 흔들지 않아도 사인펜은 지워 집니다. 사인펜이 너무 진하여 잘 지워지지 않을 경우는 아주 살짝살짝 흔들어 줍니다.

⑦ 에탄올에서 꺼낸 철판을 바로 알콜 램프(헤어드라이기)로 가열하여 말립니다. < 화재 및 화상 주의 >

⑧ 완전히 마른 철판 열쇠고리의 앞, 뒷면에 투명 코팅 스프레이를 뿌려 마무리 합니다.

☞ 헤어드라이기 로 말려줍니다.

*실험시 주의 사항*

1. 증류수에 철판을 담글 때는 절대 흔들지 말고, 재빨리 꺼냅니다.

2. 너무 오랫동안 황산구리 용액에 담그면 구리가 두껍게 석출되기는 하지만 색깔이 검어지거나 거칠게 나타납니다.

3. 알콜 램프로 가열할 때 화재 및 화상에 주의하세요. 헤어드라이기를 사용하여도 됩니다.

[확인 학습]

1. 우리가 만드는 원형 철판의 주성분은 무엇인가요? 그 원소기호는 어떻게 쓰나요?

2. 만들어진 황산구리 용액 속의 금속성분은 무엇인가요? 그 원소기호는 어떻게 쓰나요?

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

[원리 학습]

철판에서 일어나는 반응은 다음과 같습니다.

전체반응 : CuSO4 + Fe  ->  FeSO4 + Cu

반쪽반응 : Cu2+ +2e-    ->  Cu(환원) / Fe  ->  Fe2+ + 2e-(산화)

황산구리 용액에 철판을 넣으면 황산철과 구리가 생성됩니다. 금속의 반응성은 구리보다 철이 더 큽니다. 그러므로 반응성이 큰 철은 황산구리 용액에서 전자를 잃어 철 2가 이온이 되고, 구리 이온은 철 원자로부터 전자 2개를 얻어 환원됩니다. 전자를 얻어 환원된 구리 원자는 철 표면에 석출되어 철판의 표면은 구리로 코팅되는 것이지요.

즉, 이온화 경향이 작은 구리 이온은 환원되어 철판에 석출되고 구리보다 이온화 경향이 큰 철은 산화되어 이온으로 녹아 나오는 것입니다.

이 반응은 글씨나 그림이 있는 부분에서는 일어나지 않기 때문에 네임펜으로 쓴 글씨가 메탄올에 녹은 뒤에 흔적이 남게 되는 것입니다.

이온화 경향이란 원자나 분자가 이온이 되려는 경향을 말하며 이온이 되려는 힘이 큰 것을 이온화 경향이 크다고 말하며, 반응성이 크다고도 합니다. 우리가 잘 아는 원자들의 이온화 경향은 다음과 같습니다.

K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > ( H ) > Cu > Hg > Ag

칼륨 > 칼슘 > 나트륨 > 마그네슘 > 알루미늄 > 아연 > 철 > 니켈 > 주석 > 납 > 수소 > 구리 > 수은 > 은

[느낀점]