교육 과정

교육 과정

⑻ 혼합물 분리

㈎ 고체 혼합물을 분리하는 방법을 설명할 수 있다.

㈏ 서로 섞이지 않는 액체의 혼합물을 분리하는 방법을 설명할 수 있다.

㈐ 고체와 액체의 혼합물을 분리하는 방법을 설명할 수 있다.

㈑ 일상생활에서 혼합물을 분리하는 방법이 이용되는 예를 말할 수 있다.

[

㈎ 알갱이의 크기, 자석의 성질 등을 이용한 고체 혼합물 분리하기

㈏ 서로 섞이지 않는 액체 혼합물 분리하기

㈐ 거름, 증발 실험하기

단원의 개관

이 단원은 개정 교육과정의 3학년 2학기 ‘(3) 혼합물의 분리’에 해당하는 단원으로 3학년 1학 기의 ‘우리 생활과 물질’ 단원과 ‘자석의 성질’에서 학습한 것을 바탕으로 한다. 이 단원은 혼합 물의 정의와 혼합물을 분리하는 이유를 알아보는 전반부와 혼합물을 분리하는 여러 가지 방법 을 혼합물을 이루고 있는 각 물질의 성질의 차이와 관련지을 수 있도록 구성된 후반부로 구성 되어 있다. 전반부에서는 혼합물이란 용어를 도입할 때, 학생들이 혼합물을 여러 가지 물질이 섞여 있는 물질이라는 정도로 이해하도록 하였으며, 학생들에게 친숙하도록 음식을 중심 소재 로 삼았다. 그리고 일상생활 속에서 혼합물을 분리하는 예를 통해서 혼합물을 분리하면 어떤 좋은 점이 있는지 생각해볼 수 있도록 하였다. 후반부에서는 입자의 크기, 자석에 붙는 성질, 증발, 액체의 서로 섞이지 않는 성질을 이용하여 혼합물을 분리하는 방법을 다루고 있다. 이 부분 학습 시 학생들이 혼합물을 분리할 수 있는 방법과 물질의 성질의 차이와의 관계를 잘 이해할 뿐만 아니라, 실험 탐구 기능에도 익숙할 수 있도록 지도하여야 한다.

단원의 학습 계열

선수 학습 이 단원의 학습 후속 학습

“우리 생활과 물질(3-1)” “자석의 성질(3-2)” “혼합물 분리” “모습을 바꾸는 물(4-1)”

․물체와 물질

․다양하게 쓰이는 물질

․물질의 상태

․자석과 물체

․자석과 자석

․자석과 생활

․생활 속의 혼합물

․혼합물을 분리하는 여러 가지 방법

․우리 생활과 물

․물과 얼음(상태 변화 시 모습, 무게, 부피 비교)

․물과 수증기(상태 변화 시 모습, 부피 비교)

단원의 학습 목표

1. 혼합물의 의미와 혼합물을 분리하는 이유를 이해한다.

2. 물질의 성질을 이용하여 혼합물을 분리할 수 있음을 이해한다.

3. 일상생활에서 혼합물이 분리되는 예를 들 수 있다.

4. 물질을 분리하는 실험 장치와 실험 도구를 사용하는 방법을 익힌다.

5. 혼합물 분리의 원리를 실생활에 적용하려는 태도를 갖는다.

준 비 물(수량은 모둠 단위)

식용유 50mL 시험관 3개 시험관 막을 고무마개 1개 시험관대 1개 50mL, 100mL 비커 각 4개 스포이트 2개 주방용 세제 조금 키친 타올(또는 휴지) 분별 깔대기 1개 링 클램프 1개 모래, 소금 약간 스탠드 1개

약숟가락 1개 유리막대 1개 110mm 거름종이 3장 깔때기 1개 깔때기대 1개삼발 이 1개 쇠그물 1개 증발접시 1개 성냥 알코올램프 보안경 1개 면장갑 1개

단원지도계획

중단원명 차시 주제 학습 목표 교과서 쪽

(실험관찰 쪽) 지식 탐구 과정

1.

생활 속의 화합물

1/10 혼합물의 정의 ․혼합물의 의미를 알고 설명할 수 있다.

․우리 주위에서 여러 가지 혼합물을 찾을 수 있다.

84～85

(36～37) 혼합물

분리 관찰

2-3/10 혼합물 분리 이유

․일상생활에 사용되는 물질을 만들기 위해 자연에서 필요한 물질을 분리해야 함을 이해할 수 있다.

․혼합물을 분리하면 좋은 점을 말할 수 있다.

86～89 (38～39)

글, 철, 알루미늄,

소금

의사소통

과학

이야기 우리가 먹는

식품도 혼합물 ^{․생활 속 과학} 90～91

혼합물을2.

분리하는 여러 가지

방법

4/10 콩, 팥, 좁쌀의 혼합물 분리

․콩, 팥, 좁쌀을 관찰하여 세 물질의 차이를 구분할 수 있다.

․콩, 팥, 좁쌀의 혼합물에서 알갱이의 크기 차이를 이용하여 분리할 수 있음을 말할 수 있다.

94～95

(40～42) 알갱이의 크기, 체

관찰분류 의사소통 5,6/10 두부 만들기 ․물에 녹는 물질과 물에 녹지 않는 물질의

혼합물을 분리하는 방법을 말할 수 있다.

․물체를 거르는 실험 장치를 꾸밀 수 있다.

96～97

(43～44) 거름 관찰 7/10 바닷물에서

소금 분리

․증발 장치를 꾸밀 수 있다.

․알코올램프를 사용하여 물질을 가열할 수 있다.

․증발을 이용하여 물과 소금을 분리할 수 있다.

98～99

(45～46) 증발 관찰 8/10 물과 기름의

분리

․스포이트를 바르게 사용할 수 있다.

․서로 섞이지 않는 두 액체 혼합물을 분리할 수 있다.

100～101 (47～49)

서로 않는 액체섞이지

의사소통관찰

9/10 쌀, 클립, 구슬의혼합물 분리

․자석에 붙는 성질을 이용하여 철을 분리할 수

․쌀과 구슬 알갱이의 크기 차이를 이용하여 체로있다.

두 물질을 분리할 수 있다.

102～103

(50～51) 자석에

붙는 성질 관찰 분류 과학

이야기 환경을 지키는

혼합물 분리 ^{․생활 속의 과학} 104～105

마무리 10/10 되짚어보기/확인하기/과학글쓰기

과일 이름 색깔 맛

혼합물이란 무엇일까요?

혼합물이란 무엇일까요?

1차시

내가 좋아하는 여러 가지 과일을 섞어 과일샐러드를 만들어 봅시다.

과일 이름 색깔 모양 맛

과일 샐러드를 만든 후의 과일의 색깔과 맛은 어떠한가요?

이 활동을 통하여 알게 된 점을 써 봅시다.

혼합물이란 무엇일까요?

물질에 대한 개념도를 그려 봅시다.

왜 혼합물을 분리할까요?

왜 혼합물을 분리할까요?

2,3차시

왜 혼합물을 분리할까요?

활동 정답 및 개념 설명

혼합물이란 무엇일까요?

혼합물은 두 개 이상의 순물질이 섞여 있는 물질을 말한다. 혼합물은 균일 혼합물과 불균일 혼합물로 나뉜다. 용액은 용매와 용질이 균일하게 섞여 있는 일종의 균일 혼합물이라고 할 수 있다. 예를 들면 소금과 물이 균일하게 섞여 있는 소금물은 용액으로 균일 혼합물이라고 할 수 있다. 즉 소금물은 그대로 두어도 층의 분리가 일어나지 않는다. 소금이 가라앉거나 뜨지 않는 다.

그러나 흙탕물은 저어 주면 잘 섞 여서 하나의 용액으로 보이지만 그 대로 두어 두면 흙이 가라앉아 흙과 물로 나뉘게 된다. 이와 같이 두었을 때, 층의 분리가 생기는 혼합물을 불

균일 혼합물이라고 한다. 녹말을 물에 풀었을 때에도 저어 주면 뿌옇게 하나의 용액으로 보이 지만 두면 녹말이 가라앉는 것을 볼 수 있으므로 녹말물은 불균일 혼합물이라고 할 수 있다.

공기는 질소, 산소, 이산화탄소, 수증기, 수소, 헬륨 등이 섞여 있는 균일 혼합물이다.

물질에 대한 개념도

왜 혼합물을 분리할까요?

혼합물을 분리해서 어떤 물질을 얻으면 그 물질을 이용하여 우리가 원하는 여러 가지 다양 한 물질을 만들 수 있기 때문에 여러 면에서 좋다라는 정도까지 지도하면 된다.

(참고 사항)

자연에 존재하는 철과 알루미늄은 순수한 원소 상태로 존재하지 않고 화합물 형태로 존재한 다. 철광석에서 철을 분리하거나 보크사이트에서 알루미늄을 분리하는 것은 물리적인 방법이 아닌 화학적인 방법을 사용한다. 이 차시에서는 물리적인 방법으로 혼합물을 분리하는 것을 다 루므로 철이나 알루미늄의 화합물이 들어 있는 광석에서 순수한 철이나 알루미늄을 생산하는 과정은 다룰 필요가 없다.

철 성분이 들어 있는 철광석이나 알루미늄 성분이 들어 있는 보크사이트 광석이 다른 암석 과 섞여 있기 때문에 이 암석 덩어리 혼합물에서 철광석과 알루미늄 광석을 골라 내는 과정인 혼합물 분리에 초점을 맞추어 지도한다.

<사금 채취 과정>

콩, 쌀, 좁쌀의 혼합물 분리 콩, 쌀, 좁쌀의 혼합물 분리

4차시

아래 글을 읽어보자.

그릇에 담겨 있는 콩, 팥, 좁쌀을 관찰하여 봅시다.

콩, 팥, 좁쌀이 섞여 있는 혼합물을 각각 손으로 골라내어 서로 다른 그릇에 담아 봅시다.

분리할 때 어떤 점이 어려운가?

콩, 쌀, 좁쌀의 혼합물을 어떻게 효과적으로 분리할 수 있을까? 그 원리는 무엇인가?

분리 원리

분리 방법 및 과정

활동 정답

콩, 쌀, 좁쌀은 알갱이의 크기가 다르므로, 이들의 혼합물은 ‘체’를 이용하여 분리할 수 있다.

개념 해설

체는 가루 물질을 더 곱게 하기 위해 걸러내는 도구이다. 혼합물을 체에 넣고 잘 흔들어주면 체의 구멍보다 크기가 큰 것은 체 안에 남 고 작은 것은 체 아래로 걸러진다. 콩, 쌀, 좁쌀의 혼합물의 경우, 구 멍이 콩의 크기보다 작고 쌀보다 큰 체로 거르면 콩은 체 안에 남고 쌀과 좁쌀은 체 아래로 걸러진다. 같은 원리로 쌀과 좁쌀도 분리할 수 있다.

(다른 예) 공사장에서 자갈과 모래를 분리하는 거름망, 가정용 체 등

두부 만들기 두부 만들기 5-6차시

콩 물을 담은 냄비에 물을 부은 다음 가열합니다. 콩 물이 끓기 시작하면 찬물을 조금 붓고 불꽃의 세기를 약하게 하여 한 번 더 끓입니다. 콩 물을 끓이는 이유는 무엇일까요?

큰 그릇 위에 체를 받치고 그 위에 헝겊을 걸친 다음, 끓인 콩 물을 붓습니다.

헝겊에 남아 있는 물질 헝겊을 빠져나간 물질

이 과정에서 사용된 혼합물을 분리하는 방법

거른 콩 물에 간수를 넣고 약한 불로 가열하면서 천천히 젓습니다. 어떤 현상을 관찰할 수 있나요?

큰 그릇 위에 체를 받치고 두부 틀을 놓습니다. 두부 틀에 헝겊을 깔고, 그 위에 덩어리가 생긴 콩 물을 붓습니다.

헝겊에 남아 있는 물질과 빠져나간 물질의 차이점 이 과정에서 사용된 혼합물을 분리하는 방법

활동 정답

참고 자료

두부의 품질과 맛, 그리고 간수

두부 제조 과정에서 응고제는 두부의 품질과 맛을 결정하는 가장 중요한 역할을 한다. 옛날에 는 천연의 풍미를 내는 간수를 사용해서 만들었는데, 최근에는 황산칼슘, 염화칼슘, 염화마그네 슘, 글루코너 델타락톤 등의 응고제를 사용해서 두부를 만든다. 이런 응고제의 종류에 따라 두 부도 약간씩 다른 맛을 낸다. 그 가운데 황산칼슘이나 염화칼슘은 가격도 저렴하고 제조하기도 용이하며 무미에 가까워서 단단한 두부를 만들 때 주로 사용한다. 하지만 수업에서는 이와 같 은 응고제를 사용하지 않는다.

두부의 제 맛을 내는 데 가장 적합한 응고제는 간수이다. 아무런 가공도 거치지 않은 천연의 쓴맛, 짠맛, 단맛을 지니고 있기 때문이다. 그 동안 환경 오염으로 인하여 바닷물이 오염되면서 두부 제조에 간수를 사용하는 것이 법적으로 금지되었는데, 최근 간수의 불순물을 제거한 뒤 순도 95% 이상으로 결정화한 정제 간수를 사용한 두부가 선보이고 있다.

두부 만들 때의 유의점

(1) 콩을 불리는 방법과 간수 만드는 법

건조콩 50g에 전체 부피가 75mL 정도가 되도록 물을 부어 10시간 가량 물에 불리면 그 무게 와 부피가 약 133g, 200mL가 된다. 여기에 사용되는 간수의 양은 약 20mL가 되며, 콩의 양을 달리할 때는 이 비율에 맞추어 만들 수 있다. 간수는 응고제 황산칼슘 30g에 물 60mL의 비율 로 만든다.

(2) 간수의 농도는 왜 중요한가?

간수의 농도가 약하면 간수를 많이 넣게 되어 끓인 콩 물의 온도가 내려가게 되므로 응고되는 데 더 많은 시간이 걸리며 콩 단백질의 응고 효율도 낮아진다.

(3) 콩 물을 짤 때 주의할 점

끓인 콩 물에는 콩 단백질이 녹아 있으므로 콩 물을 꼭 짜 주어야만 많은 콩 단백질을 얻을 수 있다. 콩 단백질의 함유량에 따라 응고량이 달라지므로 얻게 되는 두부의 양도 달라진다.

단백질을 많이 함유하여 간수를 넣었을 때 잘 응고되는 콩으로 백태, 서리태, 서목태와 같은 콩이 두부를 만드는 콩으로 사용될 수 있다.

두부를 만들 수 있는 콩

(1) 백태: 모양(색)에 따라 노란콩 또는 백태라고도 부른다. 된장 등의 장을 담그는 기본 재료 인 메주를 만드는 데 가장 널리 쓰여 메주콩이라고도 한다. 가장 많이 생산되는 콩 이다.

(2) 서리태: 껍질은 검은색이지만 속이 파랗다고 하여 속청이라고도 부른다. 작물의 생육 기간 이 길어서 10월경에 서리를 맞은 뒤에나 수확할 수 있으며, 서리를 맞아가며 자란 다고 하여 서리태라는 명칭이 붙여졌다.

(3) 서목태: 쥐눈이콩이라고도 한다. ‘본초강목’에 의하면 빛이 검으면서 반들반들한 것을 약으 로 쓰는 것이 더 좋다고 한다. 유황을 뿌리고 재배하면 약성이 더욱 좋아지는 것 으로 알려져 있다.

거름

거름은 물질의 알갱이 크기 차이를 이용하는 방법 중 하나로, 물에 녹지 않는 가루 물질과 물에 녹는 가루 물질을 분리하는데 사용된다. 거름에는 주로 거름종이가 사용되는데, 물에 녹 는 물질을 물에 녹이면 그 크기가 매우 작아져서 거름종이를 통과하는 반면, 녹지 않는 물질은 거름종이 위에 남게 된다.

거름종이란 무엇일까?

거름종이는 물이나 각종 용매에 강하고 산이나 알칼리에도 견딜 수 있어야 한다. 그래야 각 종 시약을 사용하는 용액을 걸러도 손상되지 않기 때문이다. 그리고 미세한 구멍이 균일하게 있어야 한다. 일반 종이는 구멍이 거름종이보다 더 작고 균일하지 않아서 혼합물의 분리에 적 당하지 않다. 거름종이의 종류는 거름종이의 크기와 거름종이의 조직으로 구분되며 번호가 클 수록 조직이 미세하다. 보통 원형이며, 지름 4∼10cm 정도의 것이 흔히 쓰이고, 페이퍼 크로마 토그래피용으로 폭 2cm, 길이 40∼50cm의 것이 많이 쓰인다. 거름종이는 또한 여러 가지 지시 약과 시약을 침투시켜서 각종 시험지를 만드는 데에도 쓰인다.

수업에 필요한 거름종이는 어떤 것일까? 우선, No. 1 또는 No. 2 가 적당하다. 깔때기의 지름이 6cm인 작은 깔때기는 지름 110mm의 거름종이가 적당하며, 깔때기의 지름이 8cm인 작은 깔 때기는 지름 125mm의 거름종이가 적당하다. 적당한 크기의 거 름종이를 구하기 어렵다면 깔때기보다 조금 작게 잘라 사용하면 된다.

※ 깔때기의 거름종이 윗 부분까지 액체를 붓지 않는다.

이런 실험도 있어요.

실험 활동

바닷물에서 소금 분리 바닷물에서 소금 분리

7차시

증발 접시에 바닷물을 붓고 알코올램프로 가열하여 봅시다. 증발 접시에서 나타나는 현상을 관찰하여 기록합시다.

증발 접시에 남은 하얀 물질은 무엇인가요? 또, 그것은 어떻게 알 수 있을까요?

염전에서 소금을 얻는 과정 중, 이 실험에서의 알코올램프와 같은 역할을 하는 것은 무엇일 까요?

분리 원리

분리 과정 모래, 소금 약간

약숟가락 1개 유리막대 1개 100mL 비커 4개 거름종이 2장 깔때기 1개 깔때기대 1개 삼발이 1개 쇠그물 1개 증발접시 1개 성냥

보안경 1개 면장갑 1개 준비물

다음 사진은 오래전부터 우리 조상들이 소금을 얻기 위하여 사용해 오던 방법입니다. 바닷 물에서 소금을 얻는 방법을 조사하여 봅시다.

영희 어머니는 김치를 담그려고 소금 1가마니를 사왔다. 그런데, 이 가마니를 열어보니 모래가 조금 섞여 있었다. 영희 어머니는 소금 가마니에서 모래를 어떻게 분리할까를 한참 고민하더니 마 침내 좋은 방법을 알아냈다. 영희 어머니가 생각해낸 방법은 과 연 어떤 것일까? 오른쪽 그림에 있는 소금과 모래의 혼합물을 분리하는 과정을 통해 알아보자.

다음 준비물을 이용하여 소금과 모래의 혼합물을 분리할 수 있는 방법을 고안한 후, 직접 분리해보자. 단, 모든 준비물을 이용하지 않아도 된다.

(참고) 증발 장치 사용법 1. 증발 장치를 꾸밉니다.

삼발이가 뜨거우므로

면장갑을준비하면 좋다.

2. 혼합물을 증발 접시에 넣습니다.

양이 너무혼합물의 시간이 오래많으면

걸린다.

3. 알코올램프에 불을 붙입니다.

알코올램프의쇠그물과 거리가 너무 멀지 않도록

한다.

활동 정답

소금과 모래의 혼합물 분리 원리: 소금은 물에 녹고 모래는 물에 녹지 않는 성질을 이용 한다. 즉, 소금과 모래의 혼합물을 물에 넣어 소금을 녹인 다음 거름 장치를 통해 모래를 먼저 분리해낸다. 그 후, 증발 장치를 이용하여 이전에 걸러진 소금물에서 물을 증발시켜 소금을 얻는다.

소금과 모래의 혼합물 분리 과정 1. 소금과 모래의 혼합물을 물에 녹이기

① 소금과 모래의 혼합물에 물을 붓고 유리막대로 저어준다.

② 소금과 모래의 혼합물을 거름 장치를 이용하여 걸러 준다.

2. 걸러진 액체를 증발 장치로 분리하기

① 걸러진 용액을 증발 장치의 증발 접시에 따른다.

② 알코올램프에 불을 붙인다.

③ 보안경을 쓰고 증발 접시 안의 소금물의 상태를 관찰한다.

④ 물이 거의 증발하고 소금이 사방으로 튀기 시작하면 알코올램프의 불을 끈다.

Na⁺이온과 Cl^-이온의 수화

개념 해설

소금은 어떤 과정을 거쳐 물에 녹을까?

물은 이온성 화합물들을 용해시키기에 효과적인 용매 이다. 비록 물은 전기적으로 중성인 분자이지만, 부분적 으로 양극(δ⁺)과 음극(δ^-)을 가지고 있다. 이런 이유로 물 을 극성 용매라 부른다. 염화나트륨과 같은 이온성 화합 물을 물에 넣으면 표면의 Na⁺이온이나 Cl^-이온이 여러 개의 물 분자에 강하게 이끌려 떨어져 나오게 된다. 떨어 져 나온 Na⁺이온과 Cl^-이온은 그림과 같이 물 분자에 둘 러싸여 물 속으로 퍼진다. 용액에서 Na⁺이온은 음극 쪽 으로 향해 있는 여러 물 분자들로 둘러싸여 있다. 마찬가 지로, Cl^-이온은 양극 쪽으로 향해 있는 물 분자에 의해

둘러싸여 있다. 이렇게 특정한 방향으로 배열된 물 분자들에 의해 이온들이 둘러싸이는 과정을 수화(hydration)라고 한다. 수화는 용액 내의 이온들을 안정하게 해주고, 양이온들이 음이온들 과 결합하는 것을 방해한다.

모래는 왜 물에 녹지 않을까?

이산화규소(SiO2)는 모래를 이루는 주요 구성요소이다. 녹느냐, 녹지 않느냐는 것은 용매-용 매 사이의 결합력, 용질-용질 사이의 결합력, 용질-용매 사이의 결합력에 따라 좌우된다. 모래 의 분자 SiO2는 아래 그림과 같은 그물 구조를 가지고 있다. 이 그물 구조를 깰 수 있을 만큼 SiO2와 물 분자 사이의 결합력이 크지 않아, 모래는 물에 녹지 않는 것이다.

증발과 끓음 증발

고체나 액체의 표면에서 물질의 분자가 기체로 되면서 공기 중으로 날아가는 현상을 증발이 라고 한다. 끓는점에 도달하지 않아도 증발이 일어나는 이유는 물질의 분자가 끊임없이 운동하 기 때문이다. 물의 경우 표면의 물은 끊임없이 공기 중으로 나가 기체가 되고 공기 중의 물 분 자는 다시 그릇으로 돌아와 액체가 된다. 더 이상 증발이 일어나지 않는 경우는 기체로 변하는 물 분자와 다시 액체가 되는 물 분자의 수가 같은 평형 상태가 될 때이다. 이때는 특정 온도에 서 대기압이 포화수증기압에 도달하게 된 때이다.

증발 속도는 온도가 높을수록(에너지를 많이 가지고 있으므로), 바람이 많이 불수록, 액체 표면의 넓이가 넓을수록(물 분자가 빠져나갈 수 있는 범위가 넓으므로) 빠르게 일어난다. 증발 현상은 우리 주변에서도 찾아 볼 수 있다. 방 안에 놓아 둔 물 컵의 물이 조금씩 줄어들거나 피부에 바른 에탄올이 곧 마를 때, 빨랫줄에 널어놓은 젖은 옷이 마를 때, 해가 뜨면 나뭇잎에 맺혀 있던 이슬이 없어졌을 때 증발 현상을 관찰할 수 있다.

끓음

일정 압력하에서 액체가 어느 일정 온도에 도달하면 액체 표면에서의 증발 외에 액체 내부 에서도 기체화가 일어나기 시작하는데, 이 액체 전체에서 일어나는 기체화 현상을 끓음이라고 한다. 끓기 시작할 때의 온도를 끓는점이라고 하며 순수 액체에서는 일정 압력 하에서 끓는점 이 일정하게 유지되나 용액에서는 농도의 변화에 따라 끓는점이 변한다.

기벽 또는 액체 속의 먼지 등에 부착된 공기가 떨어져 나와 기체화되어서 그 압력이 외부압 력을 넘을 때 끓기 시작한다. 기벽이 매끄럽거나 먼지와 같은 것이 없으면 기포가 발생될 수 없으며 끓는점 이상의 온도가 되어도 끓지 않는 경우가 있는데 이 같은 상태를 과열상태라고 한다. 과열 상태가 지속되면 실험이 위험해질 수 있으므로 실험실에서 물을 끓일 때 끓임쪽을 넣어 준다.

단순 증류와 분별 증류

증류는 섞인 두 액체의 끓는점의 차를 이용하는 분리 방법으로 단순 증류와 분별 증류가 있 다. 단순 증류는 두 액체의 끓는점의 차가 클 때 사용하는 방법이다. 하지만 액체 혼합물에서 성분 물질들의 끓는점의 차이가 크지 않을 때에는 먼저 끓어 나오는 성분(끓는점이 낮은 성분) 과 나중에 끓어 나오는 성분(끓는점이 높은 성분)이 섞여 나오기 때문에 이 방법으로는 순수한 물질을 분리하기 어렵다. 이런 경우에 증류되어 나온 물질을 받은 다음 그 물질을 다시 증류하 는 과정을 여러 번 반복하여 순수한 성분을 분리하는 방법인 분별 증류를 이용한다.

참고 사항

소금

염화나트륨(NaCl)이 주성분이고 짠맛이 나는 흰 결정체로 동물체에는 생리적으로 필수적이 며 식용 이외에 공업용으로도 식용의 약 5배가 사용된다. 소금은 인공적으로 만들어내는 것이 아니라 천연염, 다시 말해서 해염, 암염이나 완전히 말라버린 염호 등의 소금을 그대로 채집·

채굴하는 방법이 옛날부터 현재까지도 행해지고 있다. 소금은 입방정계 결정구조를 가지며, 순 도에 따라 무색, 투명, 반투명 등의 색을 띤다. 흡습성이 있으며, 물에 대한 친화도가 높다.

증발 접시에 남아 있는 하얀 가루는 정말 소금일까?

가루 물질의 특징을 알아보는 방법에는 여러 가지가 있다. 색깔 알아보기, 결정형 살펴보기, 녹여보기, 가열해 보기 등이 있다. 증발 접시에 남게 된 가루는 흰색이고 실험 전 소금보다는 결정 모양이 뚜렷하지 않아 소금이라고 단정하기 어려우며, 녹여 보면 잘 녹지만 설탕도 물에 잘 녹는 성질이 있다. 또, 실험실의 물질을 함부로 맛을 보거나 냄새를 맡아보는 것은 매우 위 험한 일이다. 그러면 어떻게 소금인지 확인할 수 있을까?

가열해 보면 알 수 있다. 설탕은 가열하며 카라멜 냄새가 나며 갈색으로 변하지만 소금은 냄새가 나지 않고 ‘탁탁’ 소리를 내며 타거나 튀기도 한다. 이 실험을 할 때 소금이 튀어 눈이 손상될 수 있으므로 꼭 보안경을 착용한 후 실험해야 한다.

가열하여 증발시켜 얻은 소금 vs 공기 중에서 증발시켜 얻은 소금

※ 소금 결정은 생기는 데 일주일 정도 걸릴 수 있다.

※ 공기 중에서 증발시킬 때, 물이 천천히 증발하도록 하기 위해서 소금 용액을 종이로 덮 어두는 것도 좋다.

※ 결정의 크기가 차이가 나는 것은 증발 시간의 차이 때문이다.

실험 활동

물과 기름의 혼합물 분리 물과 기름의 혼합물 분리

8차시

“2007년 12월 7일 뉴스 속보입니다. 충청남도 태안군 만리포 북서쪽 10㎞

바다에서 유조선 ‘허베이 스피리트호’호가 원유를 싣고 이동하던 중 인천대교 공사에 투입된 후 경남 거제로 이동하던 해상 크레인과 충돌하였다고 합니다.

그 결과 많은 양의 원유가 유출되어 그 주변을 모두 뒤엎음으로써 바다가 오 염되고 어민들의 생계가 위협받고 있다고 합니다. 이에 당국은 바닷물로부터 원유를 분리하기 위한 대책을 마련하기 위해 고심하고 있습니다.”

여러분이라면 어떻게 바닷물로부터 원유를 분리할 수 있을까요? 물과 식용유의 혼합물 상황으로 알아봅시다.

활동 1 물과 식용유의 혼합물이 든 시험관을 섞은 다음 가만히 놓아두었다.

어떤 현상을 관찰할 수 있는가? 그런 현상이 나타나는 이유는 무엇인가?

관찰 현상 그 이유

활동 2 다음 준비물을 이용하여 물과 식용유의 혼합물을 분리할 수 있는 방법을 고안한 후, 직접 분리해보자. 단, 모든 준비물을 이용하지 않아도 된다.

시험관 2개 50mL 비커 4개 100mL 비커 4개 스포이트 2개 시험관대 1개 분별 깔대기 1개 키친 타올(또는 휴지) 주방용 세제 조금 링 클램프

스탠드

준비물 분리

원리

분리 과정

활동 3

페트리 접시 두 개와 시험관 두 개에 각각 물과 식용유를 함께 넣고 섞습니다. 물과 식용유 는 어떻게 될까요?

페트리 접시에 섞여 있는 물과 식용유를 각각 스포이트와 흡착포를 이용하여 분리해 봅시다.

물과 식용유를 분리할 수 있는 이유

스포이트와 흡착포 중 어느 것을 사 용하는 것이 더 편리한가? 그 이유?

시험관에 섞여 있는 물과 식용유를 각각 스포이트와 흡착포를 이용하여 분리해 봅시다.

물과 식용유를 분리할 수 있는 이유

스포이트와 흡착포 중 어느 것을 사 용하는 것이 더 편리한가? 그 이유?

스포이트 사용법 분별 깔때기 사용법

01 ^*

02 ^*

03 ^*

활동 정답

활동 1

관찰 현상: 물과 식용유가 섞이지 않은 채, 식용유가 물 위에 떠 있다.

이유: 물은 극성 물질인 반면 식용유는 무극성 물질이고, 식용유가 물보다 밀도가 작기 때문이다.

활동 2 방법 예시

방법 1. 시험관을 기울여 물과 식용유를 분리한다.

방법 2. 스포이트를 사용하여 윗부분의 식용유를 분리한다.

참고

완전히 제거되지 않은 식용유 는 키친 타올(또는 휴지)로 빨아들여 제거할 수 있다.

방법 3. 분별 깔대기를 이용하여 아랫부분의 물을 분리한다.

① 스탠드에 링 클램프를 설치하고 분별 깔때기를 끼운 후, 분별 깔때기의 아래쪽에 비커를 놓는다.

② 분별 깔때기에 물과 식용유를 각각 50mL씩 넣는다.

③ 한 손으로 마개를 잡고, 한 손으로는 콕 부분을 가볍게 잡는다. 마개 부 분을 아래로 하여 분별 깔때기를 위 아래로 흔든 후, 다시 링에 장치하 고 액체 혼합물이 두 층으로 완전히 나뉘어질 때까지 세워둔다.

④ 액체 혼합물이 두 층으로 완전히 나뉘어지고 나면, 분별 깔때기의 위쪽 마개를 열고 콕을 천천히 돌려 아래쪽의 액체를 첫 번째 비커에 먼저 받 는다.

⑤ 층의 경계면에는 두 액체가 섞여있을 수 있으므로 두 번째 비커에 담아 버린다.

⑥ 세 번째 비커를 사용하여 위쪽 액체를 받는다.

활동 3

개념 해설

물과 식용유가 섞이지 않는 이유: 극성과 비극성

용매에는 물, 에탄올, 아세톤 등과 같이 극성을 띤 용매와 벤젠, 석유, 사염화탄소 등과 같이 극성을 띠지 않는 비극성 용매가 있는데, 극성 분자는 극성 분자끼리, 무극성 분자는 무극성 분자끼리 잘 섞인다. 에탄올은 물과 같이 극성을 띄어 물과 잘 섞이나, 기름은 무극성이라 물 과 기름이 서로 섞이지 않고 두 층으로 분리된다.

기름이 물 위에 떠 있는 이유: 밀도

일본 원숭이들은 흙 속에 떨어진 낱알들을 재미있는 방법으로 골 라내 먹는다. 원숭이들이 땅에 떨어진 낱알들을 주워 그대로 먹게 되 면, 원숭이는 낱알 뿐 아니라 흙도 함께 먹게 된다. 그래서 원숭이들 은 얕은 물웅덩이에 흙과 함께 주운 낱알들을 떨어뜨린 뒤, 낱알이 물 웅덩이 바닥에 가라앉기 전에 빨리 다시 주워 먹는다. 이것은 흙 보다 가벼운 낱알들이 물 속에서 흙보다 천천히 가라앉는 성질을 이 용해 낱알과 흙을 분리하는 것이다.

이러한 원리는 우리 생활 주변에서도 다양하게 이용된다. 쌀에 겨가 섞여 있을 때, 이것을 물에 넣으면, 물보다 밀도가 큰 쌀은 물 속에 가라앉고, 물보다 밀도가 작은 겨는 물 위에 뜨 게 되어 쉽게 분리할 수 있다. 또 사금은 흙과 모래에 섞여 있는 금을 채취하는 것이다. 금이 들어 있는 흙과 모래를 쟁반에 담아 물 속에서 흔들면, 밀도가 큰 금은 밑에 가라앉고 밀도가 작은 모래는 흐르는 물에 씻겨 나간다.

서로 섞이지 않고 밀도의 차이가 있는 두 액체 혼합물의 경우에는 밀도가 큰 액체는 밑으로 가라앉고 밀도가 작은 액체는 위에 떠서 두 층을 이루게 된다. 그래서 물과 기름이 두 층으로 분리될 때, 밀도가 작은 기름이 물 위에 떠 있는 것이다.

바닷물 위에 넓게 퍼져 있는 기름도 유사하게 제거할 수 있다. 즉, 주위에 오일펜스를 설치 한 후 유출된 기름이 더 이상 퍼져 나가는 것을 막은 다음, 회수기를 이용하여 수거하거나, 기 름을 잘 흡수하는 흡착제를 이용하여 기름을 제거하거나, 유화제를 살포하거나, 현장에서 태워 버림으로써 유출된 기름을 제거할 수 있다.

흡착포

일반적으로 물 위에 뜬 기름을 제거할 때는 흡착포를 이용한다. 흡착포는 물은 흡수하지 않 고 기름만 제거하는 성질이 있다.

바다에 기름이 유출되면, 먼저 기름의 유출 규모를 알아야 하고 유출된 기름 주변에 오일펜 스를 설치하여 더 이상 퍼지지 않게 만든다. 그 다음 기름을 제거하는 작업을 하는데, 일정한 방법이 있지는 않다. 해상에서 기름이 유출되면 피해 범위가 대규모라서 흡착포를 이용할 경우 엄청난 양이 소모되어 여러 가지 방법이 사용된다. 예를 들면 흡착포의 성질을 가진 둥근 타입 의 띠를 오염된 수면에 던져 놓아 롤을 이용하여 기름을 수거하는 방법이 있다. 또, 기름을 흡 수하고 서로 응집되어 수면에 뜨게 만드는 톱밥 형태의 제거제를 이용하는 방법도 있다.

어느 정도 기름이 제거된 다음에는 유화제를 뿌린다. 유화제는 특성상 친수기와 친유기를 동시에 가지고 있어서 수면에 뜬 기름을 물과 결합시켜 물에 녹이는 역할을 하게 되는데, 시간 이 지나면 물의 바닥에 가라앉게 된다. 그러나 바닥에 가라앉은 유화된 기름은 산소 공급을 차 단하여 주변에 서식하는 생물을 죽이기도 한다.

요즈음은 기름이 사슬 구조를 가지고 있다는 점을 착안하여 사슬 구조를 끊어서 저분자 형 태(저분자의 경우 미생물이 쉽게 제거될 수 있다.)의 유화제가 나오고 있지만, 고가이므로 잘 사용되는 편은 아니다.

물과 기름이 소규모로 섞여 있을 때는 흡착포를 이용하여 기름을 제거할 수 있다.

이런 실험도 있어요.

쌀, 클립, 구슬의 혼합물 분리 쌀, 클립, 구슬의 혼합물 분리

9차시

쌀, 철 클립, 구슬의 특징을 비교하여 써 봅시다.

비교한 특징을 이용하여 쌀, 철 클립, 구슬을 분리할 수 있는 여러 가지 방법을 생각하고 써 봅시다.

우리 주변에서 자석을 이용하여 혼합물을 쉽게 분리하는 예를 찾아봅시다.

활동 정답

•알갱이의 크기가 각각 다르다는 점을 이용하여 체로 분리할 수 있다.

•자석에 붙는 성질을 이용하여 클립을 분리할 수 있다.

우리 주변에서 자석을 이용하여 혼합물을 쉽게 분리하는 예

지도 시 유의 사항

•세 물질을 한 가지 방법으로 모두 분리할 수 없다는 것을 인식하도록 지도한다.

•여러 가지 방법이 있을 수 있고, 또 방법의 순서를 달리 할 수도 있음을 지도한다. 학생들의 발표가 끝난 다음 각 방법의 장단점에 대하여 예상해 본다. 그리고 이 수업에서는 자석과 체 를 이용하여 분리할 것이라고 알려 준다.

•학생들이 자석과 체를 이용하는 방법을 바꾸어 하겠다고 한다면 그렇게 해 보도록 하고, 교 과서에 제시된 방법과 분리한 결과를 비교하도록 지도한다.

참고 자료

단원 개념 정리 및 과학 글쓰기