Identification of College Students' Understanding of the Thermodynamic Aspects Regarding the Dissolution of Solids and Gases
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초록
본 연구에서는 고체와 기체의 용해에 대한 대학생들의 열역학적인 이해 정도를 조사하였다. 연구 대상은 서울 지역 대학교 3학년 학생 34명이며, 용해 개념 검사지를 사용하였다. 검사지는 고체 염화나트륨과 기체 이산화탄소가 물에 용해될 때 각각의 엔탈피 변화, 엔트로피 변화, 온도에 따른 용해도 변화를 물어보는 6개의 문항으로 구성하였다. 검사지 응답을 분석한 결과 용해시 엔탈피 변화에 대한 학생들의 이해 정도는 높지 않았으며 많은 학생들이 고체 용해에 대해 용질-용매간 인력이 용질-용질간 인력보다 커야 용해가 일어난다고 생각하여 발열 과정으로 응답하였고, 또 용해가 자발적으로 일어나기 위해서는 엔탈피가 감소해야 한다고 생각하여 변화의 자발성이 엔탈피 변화에만 의존하는 것으로 생각하고 있었다. 용해시 엔트로피 변화에 대해서는 엔탈피 변화보다는 이해 정도가 높았으며 대부분 무질서도의 개념으로 이를 설명하였다. 온도에 따른 용해도 변화에 대해서는 대부분 그 방향에 대해서는 옳은 응답을 하였으나 이를 엔탈피 변화와 관련지어 설명한 학생은 25%정도밖에 되지 않았는데, 용해시 엔탈피 변화의 부호를 잘못 인식한 학생들은 올바른 설명을 할 수 없었기 때문이다.
Abstract
The purpose of this study was to investigate college students’ understanding of the thermodynamic aspects of the dissolution of solids and gases. The subjects were 34 juniors from the Seoul area who answered questionnaires composed of six items which asked the directions and reasons for the changes in enthalpy, entropy, and the solubility by temperature for the dissolution of solid sodium chloride and gaseous carbon dioxide into water. The results showed that the students understanding of the enthalpy change of dissolution was poor: many students answered that the dissolution of solids is an exothermic process because the dissolution occurs when the solute-solvent interaction is greater than the solute-solute interaction; the students also thought that the enthalpy should be reduced for spontaneous dissolution because the spontaneity depends on the enthalpy change only. For the entropy change, the students understanding was better and they explained it according to the meaning of disorder. For the temperature dependence of solubility, most students answered correctly regarding the direction, but only 25% of them explained the reason accounting for the enthalpy change. Many students who answered incorrectly on the enthalpy change could not explain the reason why.
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