[논문]초등과학에서 미량화학(SSC)을 이용한 황산구리 결정 만들기의 새로운 방법

한상준; 김성규

doi:10.5322/jes.2008.17.9.981

초등과학에서 미량화학(SSC)을 이용한 황산구리 결정 만들기의 새로운 방법
New Methods of Producing Copper Sulfate Crystals Using Small-Scale Chemistry(SSC) in Elementary School Science 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.17 no.9, 2008년, pp.981 - 992

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined how to produce new methods of copper (II) sulfate crystallization by using a small-scale chemistry tool such as small-scale reaction surface and petri dish. The making of copper(II) sulfate is included in the 5th grade elementary science textbooks. Various copper(II) compounds were reacted with a 2 M sulfuric acid solution. The result of this study is as follows: Seven small amounts of copper(II) compounds were reacted with a few drops of 2 M sulfuric acid solution at room temperature to make a copper(II) sulfate crystal of triclinic shape. Using the petri dish method, a copper(II) sulfate crystal could be identified within one hour of reacting copper(II) hydroxide, copper(II) carbonate, copper(II) nitrate, copper(II) perchlorate, cupric(II) formate from a few drops of 2 M sulfuric acid solution at room temperature. When using the lap top method for copper(II) perchlorate, cupric formate, a proper crystal could be identified within one hour as well. SSC methods were used for the first time to make a copper sulfate crystal via chemical reaction. We can make a copper(II) sulfate crystal using a simple method which is easier, safer and saves time in class. And since a small quantity of chemicals are being used in SSC chemical methods, waste is greatly reduced. This lessens the amount of environmental problems caused by the experiment. This can be helpful in preserving nature. In addition the cost of chemical and laboratory equipment is greatly reduced because it uses material that we find in our daily lives. There will be continued study of small-scale methods such as improvement of new programs, study and training of teachers, and securing SSC tools. I would like to suggest such as SSC methods are applicable in elementary School Science. I would like it to become a wide spread program.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

고 학생들을 대상으로 SSC를 적용한 연구는 것이 대부분 이론적인 과학탐구능력, 학업성취및 과학관련 태도 및 과학적 태도에 관한 것이 대부분이고 SSC를 통한 실험개선안의 연구는 거의 없는상태 이다. 따라서 본 연구에서는 SSC 반응 도구를 가지고 SSC 실험방법을 적용한 황산구리 결정 만들기 실험의 개선안을 제시함으로써 비용절감 그리고 시간 절약 더 나아가 화학폐기물 처리와 환경오염을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다.
그리고 물리, 화학적 변화에 따른 견해와 구조에 대한 형태 등도 다양하게 제시되었다. 따라서 학습활동을 통하여 실험학습에 활용할 수 있는 자료를 확보함으로써 다양한 실험의 기능과 물질의 성질 탐색 능력이 폭넓게 길러줄 수 있는 방향을 제시하였다.
결정 생성 때까지 방치한다. 알려진 황산구리 결정 만들기는 이의 논문으로 시험관을 이용해서 황산구리 용해도를 알아내고 포화시킬 때 황산구리의 정확한 양을 알아냈었다. 포화용액 제조와온도, 냉각방법과 결정형성과 성장을 위해 머리카락을 사용하여 종자를 달아 결정성장시키는 실험조건을 제시하여 결정형성의 시간을 단축하는 실험을하였다.
윤 등Se SSC 실험수업의 전통적인 수업 방법과 비교함으로써 과학에 관련된 태도와 과학적 태도 향상과 SSC적용 학습태도 개선 등을 연구하였다. 어 등"은 SSC를 적용한 실험에서 과학 탐구능력과 과학 학업 성취도 그리고 과학관련 정의적 영역에서 매우 긍정적인 결과와 학생들로 하여금 과학학습에 있어서 흥미를 가져 올 수 있다고 소개하였다.
이D는 초등과학 황산구리결정 만들기 실험에서 지도상의 어려움과 시간단축, 실험조건을 연구하여 교사와 학습자에게 실험개선안을 제시하였다. 교사에게는 설문을 통하여 인식정도를 조사하여 황산구리 결정 만들기에 적합한 황산구리의 용해도를 실험을 통하여 알게 되었다.

제안 방법

가七0), 탄산구리(CuCO₃Cu(OH)2), 아세트산구리(C4H6C11O4-H2O), 질산구리(Cu(NQ»2 . 3H₂O), 과염소산구리(Cu(HClO4)2・ 6H2O), 포름산구리 (Cu(HCOO)2・4H₂。), 무수황산구 리(CuSOQ, 황산구리오수화물(CuSQr5H₂。) 둥이며정제하지 않고 사용하였다기-24) 결정 사진은 눈으로 식별이 가능하며 생성된 결정이 뚜렷하여 일반 디지털사진기, 스캔너와 그리고 더 정확한 결정을 보기위해 Olympus 형광현미경 (Olympus Model SZX2-ILLT DP25 Microscope Digital Camera)을 이용하여 사진화 하였다.
3H₂O), 과염소산구리(Cu(HCKU)2・ 6H2O), 포름산구리 (Cu(HCOO)z・4H₂。)와의 반응에 서는 1시간 이내에 결정형성을 관찰할 수 있었다. Small-scale 반응판(랩탑)을 이용한 결정 만들기에서는 1시간에서 3시간정도 소요되었고 과염소산구리와 포름산구리는 1시간 이내로 결정형성을 확인 하였다. 미량화학 도구를 적용한 실험 방법은 간단하고, 쉬워 누구나 할 수 있고 특히 초등학교 현장에적용이 유리하다 사료된다.
종합적으로 관찰한 결과 2 M의 황산용액이 구리(II)화합물과 결정을 생성시키는데 가장 적합하였다. 그래서 일괄적으로 7개의 구리(II)화합물과 2 M의 황산용액과 반응을 시켜 보았다.
황산구리는 3가지 방법으로 확인하였다. 반응 후 눈으로 정성적인 삼사정계 결정구조를 관찰, 확인하고 결정을 가루로 만들어 열을 가하여 색깔 변화를 관찰하였다. 다시 수분을 공급하여 생성된 결정을 모아 재결정시켜 본다.
본 연구는 초등과학 5학년 단원 6 용액의 진하기단원의 결정 만들기 내용에 환경 과학적으로 유리한 Small-scale chemistiy(SSC, 미 량화학) 실험 방법 에서 사용하고 있는 Small-scale 반응판과 페트리 접시를 사용하여 화학반응을 통한 황산구리 결정 만들기를 시도하였다. 그 결과는 다음과 같다.
제 7차 교육과정에서는 5학년 1학기 6. 용액의 진하기 단원에서 황산구리 결정 만들기 내용이 추가 되었고 여러 가지를 이용한 결정을 만들어 그 모양을 비교해 보도록 구성하였다. 이는 탐구과정인 실험과 관찰의 개인 활동으로 구성되어 실험주제로 재등장하였다.
제 3차 교육과정에서는 황산구리를 이용하였고 제 4차 교육과정부터 제 6 차 교육과정까지는 결정이 잘 생기는 백반을 이용하였다. 제 7차 교육과정부터는 소금, 황산구리 그리고 백반 등의 여러가지 결정을 만들어 그 모양을 비교해 보도록 하였다.
알려진 황산구리 결정 만들기는 이의 논문으로 시험관을 이용해서 황산구리 용해도를 알아내고 포화시킬 때 황산구리의 정확한 양을 알아냈었다. 포화용액 제조와온도, 냉각방법과 결정형성과 성장을 위해 머리카락을 사용하여 종자를 달아 결정성장시키는 실험조건을 제시하여 결정형성의 시간을 단축하는 실험을하였다.

대상 데이터

16. The produced of the copper sulfate from C4H6C11O4 , H₂O.
또 황산구리 결정 만들기와 관련하여 유»는 구체적 실험학습을 통한 다양한 물질의 성질과 수화물의 특성을 갖는 황산구리수화물을 초등학교 4, 6학년을 대상으로 연구하였다. 이는 학년에 따라 물질의 성질에 대한 관점과 응답유형 그리고 표현 방식 등이 다양하였다.
그리고 제 5차와 제 6차 교육과정에서는 1차시로 제7차 교육과정에서는 2차시로 구성하였다. 제 3차 교육과정에서는 황산구리를 이용하였고 제 4차 교육과정부터 제 6 차 교육과정까지는 결정이 잘 생기는 백반을 이용하였다. 제 7차 교육과정부터는 소금, 황산구리 그리고 백반 등의 여러가지 결정을 만들어 그 모양을 비교해 보도록 하였다.

이론/모형

화학저울에서 칭량한 후 Small-scale 반응판에 놓는다. Small-scale 젓개를 이용하여 포화시켜 놓인다. 다 녹지 않으면 추가 방울을 가하여 포화시킨다.

성능/효과

따라서 기존의 비커에서 보다 플라스틱, 비닐 위방울 물의 강한 표면장력을 이용함으로써 미량으로 화학반응을 일으키는 데 사용할 수 있는 이상적인 용기가 될 수 있었다. 물방울의 표면은 볼록한 곡면이므로 돋보기의 역할도 하기 때문에 방울속의 관찰을 쉽게 할 수 있었다.
본 실험은 도구 사용도 기존의 전통적인 실험기구를 사용하지 않고 최근에 도입된 미량화학이 갖고 있는 장점을 살려 누구나 쉽게 할 수 있고, 안전하고 화학약품을 소량 사용함으로써 발생할 수 있는 안전사고도 미연에 방지하고 환경오염 등도 줄일 수 있는 장점을 갖고 있다. 또한 안전과 관련 가열하지 않아 화상 및 화재의 위험도 없다.
수산화구리 (Cu(0H)2와의 반응은 20분 후에 징후가 생겼고 1시간이 지나서 황산구리결정을 정확하게 확인할 수 있었다.
농도가 묽을수록 결정 생성속도가 느렸다. 종합적으로 관찰한 결과 2 M의 황산용액이 구리(II)화합물과 결정을 생성시키는데 가장 적합하였다. 그래서 일괄적으로 7개의 구리(II)화합물과 2 M의 황산용액과 반응을 시켜 보았다.
있다. 초등학교 5학년 학생들의 과학탐구능력과 과학적 태도에 미치는 영향을 알아본 결과 학생들은 개별 실험에 홍미 있어 하여 SSC를 적용한 실험은 학생들의 과학 탐구 능력과 과학적 태도를 항상 시키는데 효과가 있었다. 또한 실험에 대한 인식과 실험기구 및 실험 장치에 대한 인식에서도 긍정적 이었다고 보고하고 있다.
황산구리용액의 농도를 정함에 있어서 문헌 참고및 예비 실험으로 0.1, 0.5, 1 M에서 10 M 까지를 묽힌 황산용액과 진한 황산에 구리(II)화합물을 실온에서 포화시켜 반응시킨 결과 묽은 황산용액의 농도에 따라 진하면 진할수록 반응성도 크고 빨리결정이 생성되었다. 농도가 묽을수록 결정 생성속도가 느렸다.

후속연구

이와 같이 소량을 사용함으로써 생성되는 화학폐기물의 양도 적고 처리하기 도 쉬 우며 실험 시 노출을 최 소화하기 때 문에 발생할 수 있는 사고와 위험으로부터 예방이 가능하다. 그리고 소량의 사용으로 처리 뿐 아니라 환경에 미치는 영향도 최소화하며 환경보존에 기여할 것으로 기대한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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