20    년    월    일     요일   시간 :                날 씨 :            장   소 :

학 교   학년   반    번   이  름 :

풍 선 마 술

[준비물] 풍선, 아세트산, 탄산수소나트륨, 계량컵

약수저, 삼각 플라스크(유리병), 끓는물, 차가운 물, 넓은 그릇, 일회용 비닐장갑, 면장갑

[저절로 불어지는 풍선]

1) 삼각 플라스크에 물을 50ml 넣습니다.

2) 물을 넣은 삼각 플라스크에 아세트산을 20ml 넣습니다.(계량컵 1컵)

3) 풍선을 크게 불었다가 바람을 빼 늘려 놓습니다.

4) 위의 풍선에 약수저와 종이로 만든 깔때기를 이용하여 탄산수소나트륨을 28g(계량컵 1컵) 넣습니다.

5) 탄산수소나트륨이 들어있는 풍선의 입구를 늘려 삼각플라스크에 씌웁니다.

☞ 탄산수소나트륨이 삼각플라스크 속에 들어가지 않도록 조심합니다.

6) 이제, 풍선의 끝을 들어 풍선 속 탄산수소나트륨이 삼각플라스크 속에 한번에 들어가도록 털어줍니다.

[확인1] 풍선이 어떻게 되었나요? 왜 그럴까요?

[ 플라스크에 풍선 넣기 ]

1) 넓은 그릇 중앙에 삼각플라스크를 놓습니다.

2) 삼각플라스크 속에 끓는 물을 조금 붓고 약 1분정도 기다립니다.<화상 주의>

3) 풍선을 뜨거운 물이 들어있는 플라스크 주둥이에 씌웁니다.

4) 풍선 끝을 들고 플라스크에 차가운 물을 부으면서 풍선이 어떻게 되는지 관찰해 봅니다.

[확인2] 풍선이 어떻게 되었나요? 왜 그럴까요?

*실험 시 주의 사항

1. 아세트산이 손에 묻지 않도록 비닐장갑을 착용하시고, 냄새가 지독하니 주의하세요.

2. 플라스크에 뜨거운 물을 부을 때 화상에 주의하시고, 플라스크가 뜨거우니 면장갑을 착용하세요.

[원리 학습]

입을 대지 않고 풍선을 부는 제일 쉬운 방법은 가열하는 방법입니다. 물이 가열되어 수증기가 되면 엄청나게 부피가 늘어납니다. 예를 들면 물 1㎖를 가열하면, 수증기의 부피는 약 1800㎖정도로 늘어나게 됩니다. (1800배)

두 번째 방법은 아세트산과 탄산수소나트륨의 반응을 이용하는 것입니다. 식초와 탄산수소나트륨은 서로 반응하여 이산화탄소를 만들어냅니다. 첫 번째 실험에서 풍선이 저절로 부풀어 오르는 이유는 바로 아세트산과 탄산수소나트륨이 반응하여 만들어낸 이산화탄소가 갑자기 많이 생성되었기 때문입니다.

손을 대지 않고 풍선을 플라스크 안으로 들어가게 하는 두 번째 실험의 원리는 다음과 같습니다. 플라스크를 가열시키면 플라스크 안에 있던 공기가 부피가 늘어난 수증기에 의해 밖으로 밀려나지요. 이 때 플라스크의 입구를 막고 가열된 플라스크를 식히면 플라스크 안의 수증기는 점점 식으면서 물이 되고 서서히 부피가 줄어들어 거의 공기가 없는 진공 상태가 됩니다. 거의 진공 상태가 된 플라스크 안쪽의 기압이 바깥쪽의 압력에 비해 상대적으로 낮아지면서 압력이 낮은 플라스크 안으로 풍선이 빨려 들어가게 되는 것입니다. (진공 상태)

[느낀점]

신기한 풍선 마술을 통해 기체의 분자 운동을 공부해 봅시다.

■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	풍선 마술	실험 원리	기체의 분자운동 관찰
실험 시간	40분	실험 분야	화학	실험 방법	4인 1조 실험
세트구성물	풍선, 아세트산, 탄산수소나트륨, 계량컵
교사준비물	약수저, 삼각 플라스크(유리병), 물, 일회용 비닐장갑, 면장갑	학생준비물	일회용 비닐장갑, 면장갑
실험 결과	실험 장소에서 두 가지 풍선 마술을 실험해 볼 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 아세트산은 냄새가 지독하니 실험대상이 유아인 경우 선생님께서 미리 물에 희석하여 플라스크에 담아주세요. TIP 2. 작은 종이로 깔때기를 만들어 풍선에 대고 약품을 넣으면 편리합니다. TIP 3. 플라스크(유리병)에 풍선을 씌울 때는 빠질 수 있으니 약 0.5cm 이상 눌러 씌워주세요. TIP 4. [플라스크에 풍선 넣기] 실험에서는 끓는 물 대신 알콜램프로 물을 가열하여 약 1분간 끓여주면 더욱 효과가 좋습니다. TIP 5. 플라스크 대신 일반 유리병으로 실험한 경우, 찬물을 부어 식히면 유리병이 깨질 수 있습니다. 뜨거울 때 바로 찬물을 붓지 마시고 실온에서 어느정도 식히신 후 찬물을 부으세요.

탄산수소나트륨과 아세트산을 반응시키면 부글부글 끓어오르게 됩니다.

그 이유는 그 때 이산화탄소라는 기체가 발생하기 때문이며, 반응식은 아래와 같습니다.

NaHCO3(탄산수소나트륨) + CH3COOH(아세트산) → CH3COONa(아세트산나트륨) + H2O(물) + CO2(이산화탄소)

이때 생성되는 이산화탄소 기체 때문에 풍선이 저절로 부풀어 오르게 됩니다.

[기체의 분자 운동]은 압력과 온도에 따라 민감하게 변화합니다.

온도가 높을 수 록 분자들은 에너지를 많이 가지게 되어 활발히 움직이게 되므로 기체의 부피는 커지게 됩니다. 이 현상을 샤를의 법칙이라 부르며 1℃ 올라갈 때 마다 처음 부피의 1/273 만큼씩 늘어나게 됩니다.

압력이 높을 수 록 분자 운동은 느려지게 되어 기체의 부피는 작아지게 됩니다. 이 현상을 보일의 법칙이라 부릅니다.  두 번째 실험에서 플라스크 속의 물이 끓으면 수증기(기체)는 분자 운동을 활발히 하여 부피가 커지므로 모두 날아가 버리고 아주 조금 플라스크 속에 남게 됩니다. 여기에 풍선을 씌워 막아버린 후 플라스크가 식으면 수증기 분자의 운동이 느려져 부피가 작아지게 되고 이것을 채우기 위해 풍선이 플라스크 안으로 들어오게 되는 것입니다.

아세트산 [acetic acid]

지방산(脂肪酸)의 하나.

식초 속에 3∼5% 함유되어 식초의 신맛을 내기 때문에 초산(醋酸)이라고도 하며, 에탄산이라고도 한다. 알코올 음료를 방치하면 발효에 의해 생기므로, 예전부터 알려져 있었다.

유리산 및 에스테르의 형태로 자연계에 널리 존재하는데, 에스테르로는 과일 향기의 성분이 되어 있는 것이 많다. 또, 생체에서는 당·아미노산·지방 등의 대사(代謝)에 의해 생성되는 생체대사의 중요한 일원이다.

탄산수소나트륨 [炭酸水素-, sodium hydrogen carbonate]

백색의 단사정계의 결정.

탄산의 일수소나트륨염. 중조 ·산성탄산나트륨 ·중탄산나트륨 ·중탄산소다라고도 한다. 화학식 NaHCO3. 무색의 결정성(結晶性) 분말로, 비중 2.20이다. 가열하면 이산화탄소 CO2와 물 H2O를 발생하고, 탄산나트륨 무수물(無水物) Na2CO3로 변한다. 2NaHCO3 → Na2CO3＋H2O＋CO2 수용액은 가수분해에 의해서 약한 알칼리성을 보이는데, 이것은 메틸오렌지에 대해서는 변색하지만, 페놀프탈레인에 대해서는 중성(中性)을 보일 정도이다. 또, 수용액을 가열하면 65℃ 이상에서 탄산가스를 방출하며 탄산나트륨 용액으로 변한다. 염산 ·황산 등의 산과 작용시켜도 이산화탄소가 발생한다.

순수한 것은 탄산나트륨 용액에 이산화탄소를 통하면 생기는 침전을 여과하여, 이산화탄소의 기류 속에서 건조시킨다. 공업적으로는 탄산나트륨을 제조할 때 사용되는 암모니아-소다법의 중간물질로서 생성되며, 탄산나트륨 수화물에 이산화탄소를 통해도 생긴다. 불순물로 염화암모늄 ·염화나트륨 등이 함유되어 나오므로, 필요에 따라 65℃ 이하의 수용액으로부터 재결정시킨다. 제산제(制酸劑) ·알칼리제 ·술파제(劑) 복용시의 부작용 억제제 등 의약품으로 사용되고, 나트륨염의 제조원료 ·베이킹파우더 ·가루비누의 배합제 ·양털 등의 세척제 ·거품소화제(消火劑) ·청량음료의 탄산가스 발생제 등 용도가 매우 다양하다