거품의 정체












1. 왜 그럴까?

과산화수소수 : 스스로 분해되어 약간의 산소 발생{2H2O2(과산화수소수)
–>2H2O(물)+O2(산소)}
요오드화칼륨(KI) : 자신은 직접 반응하지 않고 다른 물질의 반응을 빠르게 하는 물질로 촉매라고 한다.
물비누 : 한꺼번에 반응하는 것을 막고 서서히 거품속에 산소를 넣어 나오도록 하는 역할

위의 세 가지 약품을 혼합하게 되면 과산화수소수의 반응으로 물에 의한 수증기와 산소를 발생하여 물비누와의 작용으로 거품속에 산소를 머금고 나오는 한편 뿌옇게 수증기가 발생되는 것을 관찰할 수 있다.

2. 공기의 성분

공기는 눈에 보이지 않기 때문에 우리 주위에 있다는 것을 알기 어렵다. 그러나 바람에 흔들리는 나뭇잎이나 세찬 바람에 몸이 밀리는 것으로 보아 우리 주위에는 눈에 보이지 않는 무엇이 분명히 있다. 이 눈에 보이지 않는 물질이 공기이다. 공기는 대부분이 질소와 산소 그밖에 아주 적은 양의 이산화탄소, 아르곤, 헬륨, 수증기, 먼지 등으로 이루어져 있다. 공기 중에 있는 산소의 양은 공기 부피의 약 1/5정도이다. 나머지 4/5는 다른 물질이 타는 것을 돕지 않는 기체로서 대부분이 질소이다.

3. 촉매란?

과산화수소에 요오드화칼륨을 넣으면 산소가 발생한다. 과산화수소는 스스로 분해되어 약간의 산소를 발생하지만 요드화칼륨을 넣으면 분해 작용이 활발해 진다. 이 때 요오드화칼륨 처럼 자신은 직접 반응하지 않고, 다른 물질의 반응 속도를 빠르게 하거나 느리게 하는 물질을 촉매라고 한다. 이 실험에서 사용되는 물비누는 한꺼번에 반응하는 것을 막고 산소의 거품이 서서히 나오도록 하는 역할을 할 뿐이다.

[심화학습]

1. 산소
산소는 맛도 없고 색도 없고 냄새도 없는 기체입니다. 1772년경 스웨덴의 화학자 칼 빌헬름 셀레가 질산칼륨, 산화수은 등 많은 물질을 가열하여 얻었습니다. 그러나 산소라는 이름을 붙이고 연소반응이 산소와 결합하는 것이라고 밝힌 것은 프랑스의 화학자 라보아제입니다.

2. 산소가 있는 곳
우리가 접하는 산소는 주로 대기중에 존재하는 것이지만 실제로 가장 산소가 가장 많은 곳은 땅 속입니다. 공기는 부피의 21%, 해수는 무게의 85.7%, 지각은 46.6%가 산소로 되어 있습니다. 대기권에서는 아래쪽에 2원자분자인 O2, 상층부에서는 3원자 분자인 O3(오존)형태로 존재합니다.

3. 산소의 쓰임
산소는 생물들의 호흡에 없어서는 안되는 아주 중요한 기체입니다. 그러므로 잠수부나 호흡이 곤란한 환자에게 매우 긴요하게 쓰입니다. 또, 산소와 아세틸렌을 함께 태울 때 나오는 산소 아세틸렌 불꽃은 높은 온도를 내므로 철의 용접이나 절단 등에 쓰입니다. 그러나 산소가 가장 많이 쓰이는 곳은 금속의 제련입니다. 예를 들면 선철에 산소를 불어 넣어서 강철로 만드는 데 쓰입니다.




4. 산소를 얻는 방법
산소는 액화법이나 분별증류법에 의해 손쉽게 얻을 수 있습니다. 우리 주위에서는 잠수부의 산소통, 금속의 아세틸렌 용접 작업, 화학 공정,전신 마취용 기체 마취제, 산소 흡입기, 조산아 보육기 등 다양한 분야에 이용합니다. 로켓 엔진에는 압축한 액체 산소가 연료로 들어갑니다. 실험에서 산소 거품을 발생시키기 위해 넣은 요오드화칼륨은 촉매입니다. 자연 상태에서는 과산화수소가 빠르게 분해되지 않기 때문에 반응이 빨리 일어나도록 넣어준 것이지요. 이렇게 반응을 촉진시키는 것을 정촉매라고 합니다. 반대로 반응 속도를 늦추는 것은 부촉매입니다. 촉매는 반응 과정에서 변화되지 않고 반응 속도만 변화시키는 것이 특징입니다. 생물도 체내의 대사과정을 돕기 위해 효소라는 촉매를 갖고 있습니다. 밥을 먹을 경우 밥 속의 녹말은 점차 포도당으로 바뀌어가는데, 이 때 아밀라아제, 말타아제 등의 효소가 작용합니다. 이런 효소는 주로 복잡한 구조의 단백질로 이루어져 있습니다. 대개 일반 화학 촉매보다 훨씬 효율이 뛰어나지요. 촉매는 생활속에서도 여기 저기에서 볼 수 있습니다.

예를 들어 잼을 만들 때 넣어 주는 레몬즙도 촉매입니다. 레몬즙을 넣어주면 설탕이 빠르게 포도당으로 변해 잼이 굳지 않고 투명하게 됩니다. 마가린을 만들 때는 원료인 야자 기름, 콩 기름 등 액체 상태인 원료에 니켈 등을 촉매로 수소를 첨가해 고체로 변화시킵니다. 이 고체 기름에 향을 처리한 것이 마가린이지요. 같은 방법으로 생선 기름이나 고래 기름을 고체로 만들어 양초나 비누의 원료로 쓰기도 합니다. 술을 담글 때 넣어주는 엿기름, 누룩 등도 포도당이 알콜과 이산화탄소로 바뀌는 것을 돕는 촉매라고 볼 수 있습니다.

5. 산소를 발견한 프리스틀리 목사
산소라고 하는 기체를 발견된 것은 1774년의 일입니다. 산소를 발견한 사람은 영국의 프리스틀리라는 교회 목사였습니다. 프리스틀리는 1733년 영국의 한 복판에 있는 리이즈라는 도시에서 태어났습니다. 그는 그리스도교의 신학에 대한 학문에 조예가 깊은 학자였는데 자연 과학을 좋아해서 전기의 역사에 대한 책을 쓰기도 하고 직접 실험용 기계를 사서 연구를 하기도 했습니다. 1774년 여름, 프리스틀리는 여러 가지 고체 물질을 태울 때 나오는 기체를 조사하는 데 열중하였습니다. 그 때 그는 수은을 오랫동안 세게 가열하면 표면으로부터 차츰 주황색의 가루로 변해 가는데, 이 수은의 재를 가열하면 무슨 기체가 나올 것이라는 생각을 한 것입니다.

그 기체는 물에 녹을지 모르기 때문에 이산화황이나 암모니아를 모으는 방법을 응용하였습니다. 수은의 재는 공기에 닿지 않도록 거꾸로 세운 굵은 시험관에 세우고 수은에 띄워 놓았습니다. 그리고 볼록렌즈로 햇빛을 모아 수은의 재를 태웠습니다. 이 때 센 불에 태워진 재는 차츰 없어지고, 그 대신 기체가 시험관 속에 괴었습니다. 이 기체를 병에 옮겨 촛불을 넣어 보니 촛불이 매우 세게 타 올랐습니다. 또 이 기체가 든 병에 새앙쥐를 넣고 뚜껑을 덮어 놓았더니 보통의 공기에서라면 15분 정도 밖에 살지 못하고 죽었을텐데 30분이 지나도 죽지 않았습니다. 프리이스틀리는 이 기체를 직접 마셔 보았더니 호흡하기가 매우 좋았다고 합니다. 프리스틀리는 이 기체는 다른 물질을 잘 타게 하는 성질이 있으므로 순수한 공기라고 생각했습니다. 이 기체가 산소임을 정확하게 알게 된 것은 1789년 프랑스의 화학자 라보아지에에 의해서입니다.