주방에서 만드는 ‘결정’으로 화산암과 심성암이 만들어지는 과정을 한눈에!
안녕하세요, 과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이다!
길가에 떨어진 돌멩이를 자세히 본 적 있으신가요? 반짝이는 큰 알갱이들이 모여 있는 돌, 전체적으로 매끈하고 알갱이가 작은 돌… 사실 그 모습의 차이에는 지구 깊은 곳, 뜨거운 마그마가 식어 굳어지는 장대한 드라마가 숨겨져 있답니다. 중학교 과학 시간에 배우는 “화성암”. 마그마가 식어 굳어져 만들어지는 암석인데, **”화산암”**과 **”심성암”**은 왜 그렇게 모습이 다를까요?
그 수수께끼를 푸는 열쇠는 마그마의 **”냉각 속도 차이”**에 있습니다. 이번에는 그런 암석 탄생의 미스터리를 집에서도 쉽게 구할 수 있는 **”티오황산나트륨(통칭 하이포, 염소 제거제)”**을 사용하여 풀어보는, 특별한 결정 실험을 소개해 드릴게요!
이 실험을 통해 **”빨리 식히는 것”**과 **”천천히 식히는 것”**으로 결정이 만들어지는 방식이 어떻게 달라지는지 비교하면, 화산암과 심성암의 조직(반상 조직 vs 등립상 조직) 차이가 마치 마법처럼 눈앞에서 재현될 거예요.
화산암 중 하나(안산암).
작은 결정들이 모여 있는 가운데, 군데군데 큰 결정들이 흩어져 있습니다.
심성암 중 하나(섬록암).
비슷한 크기의 결정들이 촘촘하게 맞물려 있습니다.
저도 처음에는 시행착오의 연속이었지만, 여러 번 실험을 거듭하면서 요령을 터득했고, 이제는 수업에서도 완벽하게 성공할 수 있게 되었어요. 이 글에서는 그 경험을 바탕으로 준비물과 절차, 그리고 성공을 위한 **”마법의 한 수”**를 자세히 소개해 드립니다!
실험에 필요한 것들 (집이나 과학실에서 구할 수 있어요!)
※모두 과학실이나 가정에서 비교적 쉽게 구할 수 있는 것들입니다.
- 티오황산나트륨 (하이포): 금붕어용 염소 제거제로, 100엔 숍이나 대형마트, 인터넷 쇼핑몰에서도 구할 수 있습니다.
- 페트리 접시: 2개
- 전기냄비나 핫플레이트: 중탕으로 하이포를 녹이는 데 사용합니다.
- 나무젓가락: 젓기용
- 목장갑: 화상 방지를 위해 반드시 준비합시다.
- 얼음물이 담긴 용기: 급속 냉각용입니다.
- 스티로폼 상자: 보온하여 천천히 식히기 위해 사용합니다.
라쿠텐에서는 여기에서 구매할 수 있습니다. 제이펙스 염소 제거제 하이포 30g×4봉 염소 제거 간토 당일 배송
자, 실험 시작! 지구 내부의 드라마를 재현해 보자
목표:
**”냉각 속도”**가 결정의 크기를 결정한다는 것을 눈으로 직접 확인하기!
- 얼음물로 급랭 → 작고 미세한 결정들이 많이 생기는 모습 관찰 (화산암 모델)
- 스티로폼으로 완랭 → 크고 굵은 결정들이 자라는 모습 관찰 (심성암 모델)
실험 절차:
하이포를 녹여 보자
페트리 접시 바닥이 보이지 않을 정도로 하이포를 넣고, 전기냄비에 물을 조금 넣어 “중탕”으로 데웁니다. 티오황산나트륨의 녹는점은 약 48℃로 낮기 때문에 금방 투명한 액체가 됩니다. 나무젓가락으로 살살 저어 완전히 녹여주세요.
두 팀으로 나누자
액체가 되면 바로 불에서 내립니다. 목장갑을 끼고 화상에 주의하면서, 한 페트리 접시는 얼음물 위에, 다른 하나는 스티로폼 상자 안에 놓습니다.
성공의 비법! “마법의 가루”를 뿌리자
여기가 가장 중요한 포인트! 미리 잘게 부숴둔 하이포 가루를 양쪽 페트리 접시에 소량씩 솔솔 뿌려줍니다. 이것이 **”결정핵”**이 되어 결정이 성장할 “씨앗” 역할을 합니다. 사실 이 작업을 하지 않으면 액체가 굳을 기회를 잃어버린 “과냉각”이라는 신기한 상태가 되어, 20분을 기다려도 결정이 생기지 않을 수도 있답니다.
꼼꼼히 관찰하는 시간
이제 15~20분 정도 기다리기만 하면 됩니다! 페트리 접시 안에서 마치 살아있는 것처럼 결정이 성장해가는 모습을 관찰해 보세요. 결정이 생기는 방식에 어떤 차이가 보일까요? 결정이 생성되는 과정을 타임랩스 영상으로 만들었습니다. 20분간의 변화를 단 1분 만에 확인할 수 있습니다!
이 영상을 시청해 주세요.
놀라운 결과! 이것이 지구의 미니어처 모델이다
자, 이제 결과를 봅시다. 왼쪽은 천천히 식힌 심성암 모델, 오른쪽은 급격하게 식힌 화산암 모델입니다.
▼급격하게 식힌 쪽 (화산암 모델)
미세하고 작은 결정들이 전면에 생겼습니다. 마그마가 지표 부근에서 급하게 식으면 원자들이 천천히 배열될 시간이 없어 작은 결정밖에 생기지 않는 **”화산암”**의 생성 방식과 매우 흡사하죠!
▼천천히 식힌 쪽 (심성암 모델)
보세요! 바늘처럼 길고 큰 결정들이 자유롭게 성장하고 있습니다. 이것은 지하 깊은 곳에서 마그마가 오랜 시간을 들여 천천히 식으면서 원자들이 크게 성장할 수 있는 **”심성암”**의 생성 방식과 같은 원리입니다.
수업에서 이 실험을 성공시키는 포인트
- 실험 전에 **”냉각 방식이 다르면 어떤 돌이 만들어질 것 같니?”**라고 질문하여 학생들이 목적의식을 가지고 관찰에 임하도록 할 수 있습니다.
- 이 실험은 준비부터 정리까지 수업 시간(40~50분) 내에 충분히 관찰 가능합니다.
어떠셨나요? 간단한 준비와 절차의 요령만 익히면, 화성암의 생성 원리라는 지구 규모의 현상을 페트리 접시 안에서 감동적으로 재현할 수 있습니다. 학생들의 “아하!” 하는 지적인 흥분을 이끌어내는 이 실험은 “과학 실험은 어려운 도구가 없으면 할 수 없다”는 고정관념을 날려버릴 거예요! 꼭 과학의 즐거운 수업 만들기에 활용해 보세요!
문의 및 의뢰에 관하여
과학의 신비와 재미를 더욱 가깝게! 집에서 할 수 있는 즐거운 과학 실험과 그 노하우를 알기 쉽게 정리했습니다. 다양하게 검색해 보세요!
・운영자 쿠와코 켄에 대해서는 여기를 클릭하세요.
・각종 의뢰(집필, 강연, 실험 교실, TV 자문, 출연 등)는 여기를 클릭하세요.
・기사 업데이트 정보는 X에서 배포 중입니다!
과학 이야기 채널에서는 실험 영상을 배포 중입니다!
