■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	화학 진동 반응			실험 원리	원자의 구조, 아이오딘의 특징, 녹말지시약
실험 시간	40분	실험 분야	화학	실험 방법	4인 1조, 조별실험
실험키트 구성	아이오딘산 칼륨, 설파믹산, 말론산, 황산망가니즈일수화물, 수용성 녹말, 진한 과산화수소수가 든 병 플라스틱 비커, 투명 용기, 나무스틱, 원형스티커, 흰 사각스티커
교사준비물	증류수 및 탈이온수 (정수기물 대체 가능)			학생준비물	보호 장갑, 보안경, 필기도구
실험 결과	시간에 따라 변화하는 화학 진동 반응을 관찰합니다.
실험팁	TIP 1. 증류수나 탈이온수가 준비되지 않았을 경우, 정수기물을 사용할 수 있습니다. 수돗물에 포함된 염화이온이 반응을 중단시킬 수 있으므로 절대로 수돗물, 생수를 사용하지 않습니다. TIP 2. 대부분의 화학실험은 표준상태(STAP: 25 ℃, 1bar)에서 수행합니다. 증류수(탈이온수)의 온도가 상온상태가 될 수 있도록 준비합니다. 만일 온도가 높으면(약 30 ℃) 반응이 빠르게 일어납니다. 중간에 무색은 거의 관찰되지 않지만, 황색과 청남색은 관찰할 수 있으며 변화속도가 빨라 흥미를 불러일으킬 수 있습니다. 하지만 만일 온도가 낮으면(약 10 ℃) 반응 속도가 느릴 뿐만 아니라 색변화도 관찰이 어려워 거의 무색에 가깝게 나타나게 됩니다. TIP 3. 반드시 A 용액과 B 용액을 먼저 섞은 후, C 용액을 넣습니다. 만일 넣는 순서를 다르게 할 경우 반응이 일어나지 않을 수 있습니다. TIP 4. 과산화수소수는 자연적으로 물과 산소로 분해합니다. C 용액을 실험 전에 미리 만들어 놓거나 세게 흔들어 섞을 경우 반응이 일어나지 않을 수 있습니다. TIP 5. 색이 변화하는 반응은 무색-황색-청남색을 1사이클로 보았을 때 약 10~12사이클 나타나며, 시간은 상온기준으로 3~5분정도 진행됩니다. 반응이 종료되면 용액의 색은 거의 검정색(짙은 청남색)에 가깝게 되며 용액 속에 기포(산소기체)가 많은 양 관찰됩니다. TIP 6. 투명 용기의 뚜껑을 닫을 때 너무 꽉 닫으려고 하면 플라스틱의 특성상 뚜껑이 손상될 수 있습니다. 세지 않을 만큼 적당이 닫습니다. TIP 7. 실험 후, 플라스틱 용기에 남은 용액은 티오황산나트륨 용액을 넣어 색을 없앤 다음 폐액통에 버립니다.

1. 물질을 구성하는 입자는 무엇인가요?

물질을 이루고 있는 기본입자를 원자라고 부르는 데, 원자는 원자핵과 전자로 구성되어있습니다.

1. 실험에서 관찰한 내용을 적고, 그림에 색칠합니다.

2. 이 실험에서 녹말은 어떤 역할을 합니까?

원자[ atom , 原子 ]

화학 원소로서의 특성을 잃지 않는 범위에서 도달할 수 있는 물질의 기본적인 최소입자를 원자라고 한다.

현재 100종 남짓한 각 원소에 대하여 각각 대응하는 원자가 존재한다. 원자라는 용어는 물질의 궁극적 입자라는 뜻을 가리키며, 원자의 영어명인 'atom'이라는 말도 그리스어의 비분할(非分割)을 의미하는 'atomos'에서 유래한 것이다. 즉, 물질을 쪼개고 또 쪼개는 과정을 반복하면 더 이상 쪼갤 수 없는 입자를 얻게 되며 이를 원자(atom)라 부른 것이다. 그러나 전자, 양성자, 중성자 등의 존재가 밝혀지면서 원자가 단일하고 불가분(不可分)한 입자가 아니고 복잡한 구조를 가진다는 것을 알게 되었고, 이제는 소립자(素粒子)라고 하는 한 무리의 입자가 물질의 궁극입자로 연구되고 있다. 그러나 화학 원소로서의 특성을 유지하는 입자로는 여전히 원자가 가장 작은 단위이다.

이온 [ ion ]

한 개의 원자로 구성된 이온을 단원자 이온이라 하고, 여러 개의 원자로 이루어진 이온을 원자단 혹은 다원자 이온이라 한다. 핵에 있는 양성자보다 전자가 더 많아 음으로 하전된 이온을 음이온(애니온:anion)이라 한다. 영국의 과학자 패러데이가 전기분해 때, 용액 속에서 애노드(+극)에 끌려가므로 이 이름이 붙었다. 한편, 양으로 하전된 이온을 양이온(캐타이온:cation)이라 부른다. 캐소드(-극)으로 이동하므로 지어진 이름이다. 이온의 표기는 이온생성시 잃거나 얻은 전자 개수에 전자를 얻으면 (-), 잃으면 (+) 부호를 붙여 나타낸다. 예를 들어, 수소 원자가 전자를 하나 잃어 (+)로 하전된 수소 이온은 H+로 나타낸다.

원자가 전자는 일정량의 전자수를 유지하려는 경향이 있다. 그러기 위해 때로 전자를 다른 원자에 보내거나 다른 원자에 있는 전자를 얻어 전체적으로 전기적으로 중성이 깨지면서 이온이 된다. 원자단 이온과 분자 이온은 중성분자에 수소 이온과 같은 기본 이온과의 조합에 의해 형성되거나 중성분자가 기본 이온을 잃어버려 형성된다. 이런 종류에는 산과 관련된 반응에서 나타난다. 예를 들어 암모니아(NH3) 같은 경우 기본이온인 수소이온(양성자)를 하나 받아 암모니움이온(NH4+)이 된다. 이 경우 전자의 이동에 의해 이온화가 되면 안정적이지 않은 암모니아이온(NH3+)이 되는데, 이는 라디칼이온(radical ion)으로 분류된다. 기체분자도 일정량 이상의 에너지를 가진 전자를 충격하거나, 고에너지 방사선이나 자외선을 조사함으로써 이온이 된다.

아이오딘 [ Iodine ]

아이오딘은 상온에서 고체이며 검보라색의 광택이 나는 비늘 모양의 결정이다. 상온에서 승화하면서 보라색의 증기가 나오며 자극적인 냄새가 나며 극성이 작아 유기용매에 잘 녹고 물에는 잘 녹지 않는다. 녹는 용매에 따라 용액의 색이 달라지는데 사염화탄소·클로로폼 등에서는 용액의 색이 보라색으로, 알코올과 에테르에서는 갈색으로, 벤젠과 진한 염산 등에서는 적색이 된다. 화학적 반응성은 염소·브로민보다 작다. 수소와 고온에서 반응하여 요오드화수소를 만들고 대부분의 금속과도 반응하여 요오드화물을 만들지만, 염산·황산과는 반응하지 않는다.

천연으로 유리된 원소상태로 존재하지 않으며 이원자 (I2)상태로 존재한다. 해수에 이온상태로 녹아 있으며 미역이나 다시마 같은 해조류에 요오드화합물로 존재한다. 생체에 필수적인 원소로 포유동물의 갑상샘 호르몬인 티록신의 구성 성분이다. 체내 요오드 총량 중 75% 가량이 갑상선에 들어 있다. 체내에 요오드의 양이 부족하면 갑상선기능저하증이 나타날 수 있고 요오드 보충제 등을 과다섭취하면 갑상선기능항진증이 나타날 수 있다.

아이오딘화합물의 제조나 요오드팅크·요오드포름 등의 소독약품 제조, 분석 화학에서 아이오딘 적정 표준 시약 등으로 쓰인다.  아이오딘을 아이오딘화칼륨 수용액에 녹이면 갈색의 용액이 만들어지는데, 여기에 녹말을 넣으면 아이오딘과 녹말이 반응해 용액의 색깔이 보라색으로 변한다. 이러한 성질 때문에 녹말을 검출하는 데 쓰인다.

아이오딘-녹말반응 [ starch-iodine reaction ]

녹말에 아이오딘 용액을 떨어뜨리면 녹말 분자 구조 속에 아이오딘이 끼어들면서 용액의 색깔이 청람색으로 변하는 반응을 아이오딘-녹말 반응이라고 한다.

- 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액

아이오딘은 상온에서 고체로 존재하며 보라색 결정을 가진다. 아이오딘 분자 I2는 무극성 분자로서 극성 용매인 물에 잘 녹지 않는다. 그러나 물에 아이오딘화칼륨 KI를 녹여 만든 아이오딘화칼륨 수용액에는 잘 녹는다. 그래서 아이오딘 분자를 수용액 상태로 만들어 사용하고자 할 때에는 아이오딘을 아이오딘화칼륨 수용액에 녹여 만든 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액을 사용한다. 이 용액은 갈색을 띤다.

- 아이오딘 용액과 녹말과의 반응

녹말과 아이오딘은 물이 존재 하는 상황에서 녹말-아이오딘 착물을 형성하면서 청남색을 나타내며 반응한다. 자세한 반응 과정은 밝혀지지 않았지만 아이오딘이 I5-의 형태로 베타 아밀로오즈의 코일 속에 들어가 녹말과 아이오딘 사이에 전하이동이 발생하고 이로 인해 청람색을 띠는 것으로 알려져있다. 이러한 색깔 변화를 이용해 아이오딘-아이오딘화칼륨 용액은 녹말을 검출하는 데에 자주 사용된다.

화학진동반응 - WISE  주니어 과학논문집 (논문 다운 링크 주소)

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