수소와 산소를 섞어 불을 붙이면… 펑!! 빛과 소리의 화학 반응! 중학생도 빠져드는 폭명기 실험

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠.

수소와 산소의 만남, 폭발하는 소리의 위력! 소리와 빛으로 배우는 화학 반응

과학실에서 **’수소’**와 **’산소’**를 다룰 때 학생들의 눈이 반짝이는 걸 볼 수 있습니다. 눈에 보이지 않는 기체에 불을 가까이 대면 ‘펑!’ 하는 소리와 함께 타오르죠. 이것만으로도 놀랍지만, ‘수소와 산소를 섞으면 어떤 일이 일어날까?’라고 물어보면 학생들은 기대감에 가득 찬 표정을 짓습니다. 안전하게 철저히 준비하고 실험하면 정말 인상 깊은 배움이 됩니다.

① 기체의 성질: 수소와 산소를 모아 불을 가까이 대면?
먼저 기본부터 확인해볼까요?

수소만 모아 불을 가까이 대면: ‘펑’ 하는 작은 소리와 함께 연소합니다 (산소와 결합하여 물이 됩니다).

산소만 모아 향불을 가까이 대면: 불꽃이 커지면서 산소의 조연성을 직접 느낄 수 있습니다.

여기까지는 안전하게 할 수 있는 기본 실험으로, 학생들도 충분히 흥미를 갖고 참여할 수 있습니다.

② 수소 폭발음 기체 실험으로 엄청난 일이!
이제 본론인 **수소 폭발음 기체(爆鳴氣)**에 대해 알아볼까요? 이것은 수소와 산소를 정확히 2:1의 부피 비율로 섞은 혼합 기체입니다. 이 기체에 불을 붙이면 ‘꽝!’ 하고 폭발합니다!

먼저 기체를 가두기 위한 고무마개에 특별한 장치를 합니다.

고무마개에는 3방향 콕이 달려 있어 기체를 자유롭게 넣고 뺄 수 있습니다. 콕과 주사기를 이용해 봉투 안의 기체를 모두 뺀 후, 봉투 안에 산소 6cm³, 수소 12cm³를 넣고 콕을 닫습니다.

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고무마개에는 핀이 2개 박혀 있고, 이 핀에 라이터(chakkaman)를 연결해 방전 장치를 만듭니다. 그리고 라이터의 스위치를 누르면…

꽝!

소리와 함께 수소와 산소가 화학 결합을 합니다. 실험 후 봉투 안이 뿌옇게 흐려지고 봉투가 쪼그라드는 모습을 관찰할 수 있습니다 (영상에서는 고무마개가 빠져버렸지만요…).

③ 나의 실패담: 비눗방울 수소 폭발음 기체 실험에서…
예전에 ‘비눗방울 안에 수소 폭발음 기체를 넣고 불을 붙이는’ 실험을 한 적이 있습니다. 겉으로도 화려하고 소리도 커서 학생들의 반응은 최고였죠. 하지만 방심이 부른 실패가 있었습니다…

한번은 고무관을 분리하지 않고 불을 가까이 댔는데, 장치 전체가 대폭발하고 말았습니다!

플라스크가 튀어 오르고 장치가 날아갔죠. 다행히 다친 사람은 없었지만, 그때의 식은땀은 지금도 잊을 수 없습니다. 수소 폭발음 기체 실험의 가장 중요한 원칙은 **’장치 안에 기체가 남아 있는 상태에서 점화하지 않는 것’**입니다.

④ 안전한 방법: 호스 안에서 수소 폭발음 기체 점화하기
그래서 추천하는 방법은 투명한 호스 안에 수소 폭발음 기체를 모아 한쪽 끝에서 점화하는 것입니다. 안전하면서도 볼거리가 풍부해 과학 이벤트나 수업 시연에 아주 좋습니다.

준비물은 호스 (내경 φ12mm・8m (일본의 홈센터인 조이풀 혼다에서 잘라 팝니다)), 고무마개 (1호 (딱 맞아요)), 수소 캔, 산소 캔, 우산 비닐, 라이터, 귀마개, 보호 안경입니다.

참고로 수소 캔은 금방 닳습니다. 이번에 사용해 보니 한 통으로 세 번 정도 실험할 수 있었습니다. 참고하세요.

호스는 내경 12mm인 것을 사용했습니다. 원래 10m짜리인데 조금 길어서 8m로 잘라서 썼습니다. 2m를 잘라낸 거죠.

amazon. 라쿠텐은 이쪽입니다. TRUSCO(트러스코) 투명 호스 12×15 10m 컷 (1롤) TTM-1215C10

홈센터에서도 팔고 있습니다. 잘라서 팔더군요. 10m로 할 수도 있었지만, 8m로 해봤습니다. 고무는 노후되므로 될 수 있으면 새것을 사용하는 것이 좋습니다.

여기에 맞는 고무마개는 1호입니다.

먼저 우산 비닐을 3등분하고 2:1이 되도록 선을 그어 둡니다. 거기에 산소 1, 수소 2의 비율로 넣습니다.

산소를 ‘1’에 해당하는 선까지 넣은 후, ‘2’에 해당하는 선까지 수소를 넣습니다. 이 혼합 기체를 수소 폭발음 기체라고 합니다. 이 우산 비닐의 끝을 호스에 연결하고, 천천히 우산 비닐을 접어가며 혼합 기체를 호스 안으로 넣습니다. 이때는 아직 고무마개로 덮지 마세요. 우산 비닐을 끝까지 접으면,

고무마개로 입구를 막고

반대쪽에는 라이터를 꽂아

입구를 막습니다.

이것으로 준비 완료입니다. “셋, 둘, 하나” 구호에 맞춰 라이터의 방아쇠를 당기면, 큰 소리와 함께 화학 반응이 일어나고 호스 안이 빛으로 가득 찹니다.

큰 소리가 나니 여기서 주의! 귀를 막는 등의 대비를 하고, 만약을 위해 보호 안경을 착용하고 실험합시다.

빛과 소리가 발생하고 ‘폭발’이라는 현상을 직접 볼 수 있으며, 기체가 열에 의해 팽창하기 때문인지 반대쪽 고무마개가 엄청난 기세로 튀어 나갑니다. 그리고 호스 안이 뿌옇게 흐려지는 것을 통해 물이 생성되었다는 것을 알 수 있습니다. 염화코발트 종이로 확인해 보면 더욱 좋겠죠.

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