HCl(g)과 NH_3(g)를 이용한 ‘기체 확산 속도’에 관한 실험의 분석 및 개선 연구 -고등학교 화학 Ⅱ 단원에서-
Analysis and Improvement of an Experiment on Diffusion Rate of Gases Introduced in High School Chemistry Textbooks
0
조회
0
다운로드
3
인용
0
참고문헌
키워드
초록
본 연구는 고등학교 화학 Ⅱ 교과서에 제시되는 ‘기체의 확산속도 실험’에서 나타나는 문제점을 분석하고 그 원인을 실험과 이론적 고찰을 통해 이해함 과 더불어 개선된 실험을 제안하는 것을 목적으로 한다. 교과서에 제시된 확산속도 측정에 관한 전형적인 실험으로 유리관 양 끝에 염산과 암모니아수를 떨어뜨리고 여기서 발생한 염화수소 기체와 암모니아 기체가 확산하여 만나는 지점에서 나타나는 염화암모늄 흰 띠의 위치를 측정하였다. 생성된 흰 띠의 위치가 시간에 따라 일정하지 않고 이동하는 것이 관찰되었다. 이에 대한 원인을 찾기 위해서 순수한 기체 HCl과 NH_3를 사용하여 확산 실험을 수행하였고, 생성된 염화암모늄 흰 띠가 시간에 따라 이동하지 않는 것을 확인하였고 두 기체의 상대적 확산 거리는 Graham의 확산이론과 차이가 나고 Loschmidt의 확산이론과 일치하는 결과를 얻었다. 이 결과를 바탕으로 염산과 암모니아수의 농도를 다양하게 조절하여 두 용액에서 HCl과 NH_3 기체의 분압이 같아지는 조건을 찾을 수 있었고 이 조건에서 생성된 흰 띠의 위치가 변하지 않았고 그 위치는 이론으로 설명할 수 있었다. 본 연구를 통해 개선된 실험은 학습자의 실험에 대한 이해를 높이고 과학적 개념 도출에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
This study is to analyze the problems observed in the experiment on ‘diffusion rate of gases’ in high school Chemistry Ⅱ text books and investigate the reason followed by suggestion of an improved experimental method. As typically introduced in textbooks, a few drops of HCl(aq) and NH_3(aq) were dropped at both ends of a glass tube, and then the position of ammonium chloride white ring created by the reaction with HCl(g) and NH_3(g) was measured. The position of the white ring changed with time. In order to investigate the reason of such change, the experiment was repeated using HCl and NH_3 gases, and the position of white ring did not changed with time. Meanwhile, the relative diffusion distance did not match with the theoretical expectation of the Graham's diffusion experiment but did with that of the Loschmidt's diffusion experiment. Based on this result experimental condition allowing equal partial pressure of HCl and NH_3 gases in hydrochloric acid and aqueous ammonia solution, respectively was found, and under the obtained condition the position of white ring did not change and was consistent with the theoretical expectation. This study is anticipated to help learners to understand the scientific concept of diffusion through the improved experiment.
참고문헌 (13)
- 구선아, "7학년 교과서의 확산현상 기술에 대한 분석과 과학교사들의 확산개념에 대한 이해도 조사", 한국과학교육학회지, 28(5), pp.383~394 (2008), 한국과학교육학회
- 김주현, "입자론의 관점에서 본 확산과 용해 개념에 관련된 과학 교과서 및 인터넷 자료 분석과 컴퓨터 수업 보조자료의 개발", 대한화학회지, 44(6), pp.611~624 (2000)
- 김문수, "확산과 삼투 개념에 관한 학생들의 이해도 및 오개념의 원인으로서의 교과서 분석", 한국과학교육학회지, 17(2), pp.191~200 (1997)
- 박동조, "중학교 과학 교과서 중 원소의 불꽃반응과 확산 실험의 분석 및 개선에 관한 연구", 석사, pp.2000
- 성숙경, "분자확산에 대한 이론적 고찰과 탐구실험을 통한 예비교사의 개념변화", 한국과학교육학회지, 30(1), pp.80~93 (2010), 한국과학교육학회
- 이세종, "확산과 삼투 및 투석개념에 관한 교재와 학습안의 개발", 석사, pp.2001
- 조정일, "확산과 삼투 분자운동 모형을 활용한 수업의 개념변화에의 효과", 한국과학교육학회지, 14(3), pp.293~303 (1994)
- 허미연, "용해·확산과 관련된 혼합현상에 대한 고등학생들의 개념 유형 분석", 대한화학회지, 52(1), pp.73~83 (2008), 대한화학회
- Epp DN, "Overhead projection of Graham's law of gaseous diffusion", Journal of Chemical Education, 67(12), pp.1061~ (1990)
- Graham T, "On the law of the diffusion of gases", The London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science, 2, pp.175~190 (1833)
- Graham T, "On the law of the diffusion of gases", Journal of Membrane Science, 100(1), pp.17~21 (1995)
- Mason EA, "Graham's laws of diffusion and effusion", Journal of Chemical Education, 44(12), pp.740~744 (1967)
- Perry RH, "Perry's chemical engineers’ handbook, 7th Ed", pp.76~87 (1997), McGraw-Hill