다음은 금고에서 문서와 함께 발견된 필기도구이다.
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-１. 상황제시
금고에서 발견된 문서와 펜
다음은 금고에서 문서와 함께 발견된 필기도구이다.
A B C D
A 시중에서 판매되는 S사 제품이며 누구나 쉽게 구입이 가능하다.
B 수학과 학회에 참석한 교수들에게만 지급한 펜이다.
C ○○대학교 수학과 학생들에게 지급한 기념품이다.
D ○○대학교 기념품 가게에서 판매하는 상품이다.
생각1. 금고에서 발견된 펜과 문서는 서로 어떤 관계가 있을까?
금고에서 발견된 펜이 문서에 사용된 펜으로 추정할 수 있다.
생각2. 문서에서 사용된 동일한 펜을 찾을 수 있는 방법은 무엇일까?
종이 크로마토그래피를 통해 알 수 있다.
금고에서 발견된 펜과 문서는 서로 어떤 관계가 있을까?
문서에서 사용된 동일한 펜을 찾을 수 있는 방법은 무엇일까?
금고에서 발견된 펜이 문서에 사용된 펜으로 추정할 수 있다.
종이 크로마토그래피를 통해 알 수 있다.
생각1
생각2
#4.
문서 작성에 사용된
펜을 찾아라.
. 본시학습 - #4. 문서 작성에 사용된 펜을 찾아라.
2. 학습활동
크로마토그래피의 만족스러운 실험 결과가 나올 수 있도록 실험과정에 대한 주의사항을 인지 시키고 실험 기자재를 조심히 다루도록 지도한다.
교수 지도 방안
크로마토그래피
학습
1. 크로마토그래피란?
혼합물을 이루고 있는 각 성분물질이 퍼져나가는 속도가 다른 것을 이용해 혼합된 물질을 분리하는 방법을
‘크로마토그래피’라고 한다.
‘크로마’는 라틴어로 ‘color’, 즉 색이라는 뜻이고 ‘그래피’는 ‘기록’이라는 뜻으로 색깔의 기록이라는 의미를 가지고 있다.
2. 크로마토그래피의 원리
혼합물을 용매에 녹였을 때 혼합물의 각 성분 물질이 용매를 따라 이동하는 속도의 차이를 이용하여 각 성분 물질을 분리한다.
3. 크로마토그래피의 종류
종이 크로마토그래피, 관 크로마토그래피, 가스 크로마토그래피, 액체 크로마토그래피, 평면 크로마토그래피 (고정상의 종류에 따라), 얇은 막 크로마토그래피, 칼럼 크로마토그래피(이동상의 종류에 따라) 등 여러가지가 있다.
4. 크로마토그래피의 활용
① 성분 물질의 성질이 거의 비슷할 때 사용
② 혼합물의 양이 매우 적을 때 사용
③ 실험방법이 간단할 때 사용
④ 여러 성분이 섞인 복잡한 혼합물에 효과적
예) 사인펜 색소분리, 혈액 성분분리, 도핑테스트, 금속 이온의 분리 등
[크로마토그래피 실험]
[용매가 퍼져 나갈 때의 성분 물질의 분리 과정]
남겨진 단서를 추적하고 사건을 해결하라 Ⅱ. 본시학습 - #4. 문서 작성에 사용된 펜을 찾아라.
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5. 종이 크로마토그래피를 이용하여 혼합물 분리하기
<준비물> 거름종이, 연필, 자, 사인펜, 비커, 에탄올, 빨대, 더블 클립
<실험방법>
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-학습5. 종이 크로마토그래피를 이용하여 혼합물 분리하기
<준비물> 거름종이, 연필, 자, 사인펜, 비커, 에탄올, 빨대, 더블 클립
<실험방법>
① 거름종이 한쪽 끝에서 1.5cm 높이에 연필로 선을 그어 출발선을 표시한다.
② 연필로 그어진 선의 가운데에 사인펜으로 점을 찍는다.
③ 비커에 에탄올을 1cm의 높이까지 채운다.
④ 가느다란 빨대가 붙은 더블 클립에 거름종이를 끼우고 비커에 걸쳐놓고 변화를 관찰한다.
※ 주의사항 : 출발선을 표시할 때에는 용매에 번지지 않도록 연필을 사용하고 잉크 가 서로 닿거나 용매에 닿지 않도록 주의한다.
※ 주의사항 : 출발선을 표시할 때에는 용매에 번지지 않도록 연필을 사용하고 잉크가 서로 닿거나 용매에 닿지 않도록 주의한다.
3. 창의적 설계 및 감성적 체험
크로마토그래피 실험 후 잉크 번짐이 충분히 진행될 수 있도록 학생들에게 시간을 준다.
교수 지도 방안
<실험결과>
잉크의 색소가 분리된 거름종이를 아래 빈칸에 붙여보자.
A
A
B
B
C
C
D
D
미션! 문서 작성에 사용된 펜을 찾아라
잉크의 색소들이 어떻게 분리되었는지 색연필로 그려보자.
Q1.
. 본시학습 - #4. 문서 작성에 사용된 펜을 찾아라. 다음은 문서에 쓰인 펜의 크로마토그래피 결과이다. 실험결과와 비교했을 때 어떤 펜으로 추정
되는가?
펜을 사용한 사람이 누구인지 추정해 보자.
수학과 교수인 김승민, 안수현, 김수아로 추정할 수 있다.
4. 교사용 참고자료
우리 주위의 물질은 크게 순물질과 혼합물로 나눌 수 있다. 순물질은 이름 그대로 순수하게 한 종류의 물질만으로 이루어졌는데 물, 소금, 순금, 연필심 등이 대표적이다. 반면 혼합물은 두 가지 이상의 순물질이 섞여 이루어진 것으로 공기, 바닷물, 암석 등이 있다. 우리 주위에 존재하는 대부분의 물질은 혼합물의 상태로 존재한다. 때문에 소금이나 철 등 우리 생활에 꼭 필요한 순물질을 얻기 위해서는 혼합물 분리 과정이 필요하다.
그렇다면 혼합물은 어떻게 분리할 수 있을까?
혼합된 물질을 분리하는 방법중 하나로 ‘크로마토그래피’가 있다. ‘크로마’는 라틴어로 ‘color’, 즉 색이라는 뜻이고 ‘그래피’는 ‘기록’이라는 뜻으로 색깔의 기록이라는 의미를 갖고 있다. 크로마토그래피는 이동 속도의 차이를 이용해 시료의 성분을 분리해 낸다.
종이 크로마토그래피는 비슷한 성분의 물질이 소량으로 섞여 있는 혼합물을 쉽게 분리할 수 있는 방법으로 거름종이를 사용하는데 그 이유는 물과 같은 용매를 잘 흡수하는 성질 때문이다. 실험에서 거름종이에 수성 사인펜으로 점을 찍은 뒤, 물에 거름종이 끝부분이 잠기도록 올려놓으면 물이 거름종이를 따라 올라간다.
물이 사인펜 점과 만나면 사인펜 시료 속의 혼합물들이 용해되기 시작하고 용해된 성분들은 물과 함께 이동하는데 종이 속 셀룰로오스와의 친화력, 성분의 무게 등에 따라 이동하는 속도가 달라진다.
크로마토그래피는 1906년 러시아의 식물학자인 미하일 츠베트가 고안해 냈다. 그는 식물의 잎에 함유돼 있는 엽록소를 분리하기 위해 잘게 빻은 탄산칼슘을 채운 유리관에 식물 즙을 통과시켜 색소를 분리해 냈다.
이후 많은 과학자들이 크로마토그래피를 연구하며 종이 크로마토그래피는 물론 기체 크로마토그래피, 관 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피 등 다양한 방법을 개발해 냈다.
Q2.
Q3.
[국가 정책사업 중간결과 보고서] [문서에서 작성된 글씨의 크로마토그래피 결과]
혼합물 분리 크로마토그래피
자료1
크로마토그래피는 여러 가지 장점을 가지고 있다. 첫째, 혼합물의 양이 적어도 분리가 가능하다.
둘째, 실험이 간편하다. 실험을 시작하고 기다리면 곧 저절로 분리되는 모습을 볼 수 있다. 이런 장점 덕분에 크로마토그래피는 화학 분석에 자주 사용된다.
범죄 영화를 볼 때 핏자국을 분석해서 범인을 알아내는 장면을 흔히 볼 수 있다. 이때 피가 묻어 있는 부분에 용매를 써서 녹인 다음 크로마토그래피 장치에 넣으면 단백질이 분리된다. 혈액형에 따라 피를 구성하는 단백질의 종류가 다른 점을 이용해 범인의 혈액형을 알아내는 것이다. 소변의 성분 분석도 가능하기 때문에 운동선수의 도핑테스트에도 활용된다. 그 밖에도 지방, 금속 이온, 소화 효소, 비타민, 당분 등을 분리하거나 확인하는 데 이용되고 있다.
과학자들은 크로마토그래피 원리를 이용해 다양한 연구를 진행하기도 한다. 영국 브리스톨대학 리차드 에버세드, 스티븐 버클리 교수 연구팀은 기원 전 1985년부터 기원 후 395년 사이에 만들어진 13구의 미라의 화학적 조성을 분석하는 데 기체 크로마토그래피를 이용했다.
마약을 했는지 검사하는데도 기체 크로마토그래피가 이용된다. 혐의자의 머리카락에서 단백질을 제거한 뒤 나머지를 기체 크로마토그래피를 이용해 분리한 후 질량분석기로 분석하면 엑스터시의 주성분인 MDMA(methylenedioxymethamphetamine)의 검출 여부를 알 수 있다. 소변검사 보다 마약 검출 정확도가 월등히 높다. 간단한 실험을 통해 알아본 크로마토그래피는 이렇듯 다방면에서 활약하고 있다.
[출처] KISTI의 과학향기 칼럼-크로마토그래피, 숨겨진 색을 찾아라 KISTI
Ⅱ. 본시학습 - #5. 무지개 글씨의 비밀을 밝히고 사건의 범인을 검거하라.
남겨진 단서를 추적하고 사건을 해결하라
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생활 속 다양하게 이용되는 크로마토그래피
자료2
#5.
무지개 글씨의 비밀을 밝히고 사건의 범인을
검거하라.
. 본시학습 - #5. 무지개 글씨의 비밀을 밝히고 사건의 범인을 검거하라.
1. 상황제시
사건 현장 이동시 주의 사항과 사건 현장 보존과 안전에 관한 지침을 안내한 뒤, 현장으로 이동한다.
어두운 사건현장에서 라이트 박스와 그 뒤에 흩어져 있는 투명 글자 조각으로 무지개를 연관 지을 수 있도록 지도하고 이번 차시에 적용할 것임을 알려준다.
교수 지도 방안
사건 현장 다시보기
[사건현장에 있는 라이트 박스]
부서진 탁자 옆에 있던 라이트 박스는 무엇을 보기 위한 것일까?
라이트 박스 뒤에 있던 투명한 글자 조각들은 어떤 메시지를 가지고 있을까?
사건현장에서 발견된 아래 증거물들은 어떻게 활용할 수 있을까? 사건현장의 칠판에 그려진 가로세로 낱말퍼즐의 정답과 연결하여 생각해 보자.
투명한 글자 조각들은 이번 사건을 해결하기 위한 마지막 단서일 것 같다.
예시1.
투명한 글자조각들을 불빛에 비추어 보면 무지개가 보일 것 같다.
예시2.
투명한 글자 조각들을 편광안경을 쓰고 보면 무지개가 나타날 수 있을 것 같다.
TIP. 라이트 박스는 일반적으로 불을 켜고 빛이 통과하는 물체를 비추어 나타나는 모습을 관찰하는 용도로 사용됨을 학생들에게 알려주고 우리가 앞으로 하게 되는 활동도 라이트 박스의 빛에 투명한 글자조각들을 비추어 사건을 풀어 갈 것임을 암시해 준다.
[투명한 글자 조각] [편광안경] [라이트 박스]
생각1
생각2