전국에서 사고 속출! 그럼에도 가르치고 싶은 ‘철과 유황의 황화’ 실험 13가지 포인트 (황화수소 발생)
안녕하세요, 사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠.
【이 글은 라디오로도 들을 수 있어요!】
철과 황을 섞어 가열해 황화철을 만드는 ‘황화’ 실험, 과학교사라면 한 번쯤은 해봤을 겁니다. 화산 국가인 일본에 사는 우리에게 ‘황화수소 냄새’를 경험하는 건 의미 있는 일이죠. 실제로 온천 지역에서는 이 ‘썩은 달걀 냄새’를 일상적으로 맡는 곳도 있고, 저 개인적으로(군마현 출신입니다)는 어딘가 모르게 향수를 불러일으키는 냄새이기도 합니다.
하지만 이 실험은 해마다 전국에서 사고가 보고되고 있어, 자칫하면 ‘전국적으로 금지’될 수도 있는 위험성을 안고 있습니다. ‘황화수소 뉴스’라고 검색만 해봐도 무시무시한 사고 사례가 수두룩하게 나오죠. 특히 문제가 되는 건 황화수소를 발생시키는 방법입니다. 아마 대부분의 교사들은 신중하게 지시하지만, 제대로 듣지 않은 학생들이 염산을 너무 많이 넣어서 사고가 나는 경우가 많을 거예요. 하지만 일단 사고가 터지면 모든 책임은 교사에게 돌아오게 되죠. 더 나아가, 이 실험에는 여러 가지 세심한 주의사항이 있는데, 이를 놓치면 큰 사고로 이어지거나 학부모 응대, 심지어 수업 자체가 중단되어 학습 기회를 잃을 수도 있습니다.
실험 중 황화수소 발생으로 6명 이송… 사고 잇따르는데 왜 실험이 필요할까?
출처: TV 아사히 뉴스 (2025/05/13)
가열 중에 시험관 안에서 철과 황이 반응하며 붉게 빛나는 아름다운 변화는 학생들의 기억에 남는 소중한 ‘과학 체험’이 됩니다. 그리고 무엇보다 ‘냄새’라는 감각을 활용한 수업은 인상에 강하게 남아 생명과 관련된 지식(황화수소는 위험한 기체라는 것)을 몸소 느끼게 해줄 수 있습니다. 그래서 더욱 세심한 주의를 기울여 정확하고 안전하게 실시해야만 합니다. 이 글에서는 제가 실제 수업에서 매년 다시 확인하는 안전을 위한 ’13가지 주의사항’을 정리해서 알려드릴게요. 또한, 수업 때 학생들에게 보여주는 안전 지시 슬라이드도 함께 올려두었으니 자유롭게 사용하세요.
【수업 때 썼던 지시 슬라이드는 여기에도 올려둘게요.】
【학생들에게 주의를 환기시키기 위해 라디오도 만들었어요. 여기서 들어보세요.】
음성 파일은 여기에서(MP3)
저도 이 실험을 할 때는 반드시 여러 번 예비 실험을 한 후에 본 실험에 들어갑니다. 다행히 지금까지 큰 사고 없이 수업을 마칠 수 있었지만, 항상 ‘위험성’을 생각하며 진행하고 있습니다.
또한 여기에 쓴 실험 방법은 안전을 최우선으로 고려한 것이며, 하나의 예시일 뿐입니다. 교과서 회사마다 기재된 방법이 다르고, 예를 들어 스틸울을 사용하는 방법도 소개되어 있죠. 각 학교의 설비나 지도 방식에 맞춰 가장 좋은 방법으로 실시하시길 바랍니다.
사진이나 슬라이드 사용에 대해 ‘수업에서 써도 되나요?’라고 문의하시는 분들이 있는데, 여기에 올린 모든 자료는 자유롭게 사용하셔도 됩니다. 더 안전하고 효과적인 수업을 만드는 데 도움이 되었으면 좋겠습니다.
모리시게 히나 선생님과 함께 ‘철과 황 실험 주사위 놀이’라는 안전 교육 자료 개발에 참여했습니다. 놀이를 통해 올바른 지식을 배울 수 있는 자료로, 수업 전에 활용하면 효과적입니다. 이것도 꼭 한번 사용해보세요. 무료로 다운로드할 수 있습니다.
실험 방법
순서 0. 사전 연락 및 환풍기 켜기!
미리 보건실이나 담임 선생님께 실험을 한다고 알려두면 만약의 사태에 안심할 수 있습니다. 학생들에게는 실험 가운과 보호 안경을 꼭 가져오라고 지시해둡시다.
바빠지면 창문 여는 건 기억해도 환풍기 켜는 걸 잊을 때가 있습니다.
핵심 0. 미리 보건실 선생님과 담임 선생님께 알려두기
핵심 1. 바빠서 잊지 않게 처음부터 환풍기 버튼을 눌러두기
순서 1. 철 가루와 황 가루를 섞기 (철 7.0g, 황 4.0g)
교사의 사전 준비로, 철 가루 7.0g과 황 가루 4.0g을 미리 재어두는 게 필요합니다(50분 안에 실험이 끝나지 않기 때문). 양을 재는 것도 중요한데, 특히 황이 많으면 황 증기가 발생하기 쉽습니다. 이 작업이 매년 꽤 힘들어요. 원래는 학생들이 직접 하게 하고 싶지만, 시간이 너무 오래 걸려 정작 실험까지 못 가는 경우가 많아 고민이었죠. 올해는 과학 동아리 학생들 도움을 받았습니다. 철 가루는 입자가 100메시 이상인 게 좋고, 60메시로는 반응이 잘 일어나지 않는다고 합니다. 이번에는 300메시를 사용했어요.
핵심 2. 철 가루 입자는 100메시 이상!
라쿠텐에서는 여기
막자사발에 철과 황을 넣고 잘 섞습니다. 막자사발은 황화철용과 산화구리용을 따로 준비해두었어요. 물로 씻지 않아도 다음 반에서 바로 쓸 수 있어 편리합니다.
이걸 아주 잘 섞어야 해요. 황 덩어리가 없어질 때까지 충분히 섞어서 전체가 회색이 되도록 합니다.
핵심 3. 잘 섞기. 화학 반응이 충분히 일어나지 않으면 황 증기가 발생합니다.
참고: 황의 녹는점 112℃, 끓는점 446℃, 가스버너 불꽃 1500℃
이것은 잘 섞이지 않은 예입니다. 노란 황 덩어리가 보이죠. 전체가 회색이 될 때까지 섞어주세요.
순서 2. 알루미늄 호일 용기 2개를 만들고 시료 넣기
알루미늄 호일은 5cm x 10cm 정도로 미리 준비해둡시다. AAA 건전지 2개를 셀로판 테이프로 붙인 것을 심으로 삼아 말아줍니다. 책상에 꾹꾹 눌러가면서 말면 단단하게 말려요.
한쪽 끝을 막고 건전지를 빼냅니다. 이렇게 2개를 준비합니다.
이것을 약포지에 옮깁니다.
그리고 깔때기를 사용해 넣습니다.
넣은 다음에는 책상에 가볍게 톡톡 두드려 공기를 빼고 가루들이 서로 잘 닿도록 합니다. 너무 세게 두드리면 알루미늄 호일이 찢어질 수 있으니 살살 두드리라고 알려주세요. 깔때기는 물로 씻지 않아도 된다고 말해줍니다(다음 반에서도 계속 사용할 수 있어요).
순서 3. 시험관에 넣고 가열하기
시료 2개를 각각 a, b라고 하면, b는 그대로 두고(대조 실험용), a를 시험관에 넣습니다. 그리고 시험관 윗부분을 탈지면으로 막고 알루미늄 호일의 윗부분을 가열합니다. 반응이 시작되면 가열을 멈추고 관찰합니다. 1분 정도 지나면 반응이 시작됩니다.
핵심 4. 탈지면으로 뚜껑을 덮기. 황 증기 같은 유독 물질이 밖으로 나가는 것을 막아줍니다.
알루미늄 호일 막대의 윗부분을 가열합니다. 아랫부분이 아니에요. 이유는, 반응이 시작될 때의 열과 가스버너의 열로 시험관에 금이 갈 수 있고, 아랫부분부터 가열하면 바닥이 툭 떨어져 버릴 수 있기 때문이라고 합니다. 또한 윗부분부터 반응이 일어나면 시험관이 잘 더러워지지 않아 다음에도 계속 쓸 수 있다는 장점도 있었어요(4개 반을 계속 돌려쓸 수 있었습니다).
핵심 5. 알루미늄 호일의 윗부분을 가열하기
핵심 6. 시험관 집게는 시험관 윗부분에 끼우고, 절대 집게의 벌어지는 부분을 잡고 가열하지 않기. 실수로 집게가 열릴 수 있습니다.
반응이 시작되면 가스버너 불에서 떼도 괜찮습니다. 계속해서 반응이 진행됩니다. 정말 예쁘고 불꽃놀이 같아요. 반응도 천천히 일어납니다.
핵심 7. 가스버너 불은 끄지 않아도 되니, 이 순간에는 화학 반응에만 집중하게 합시다. 가장 중요한 순간 중 하나입니다.
핵심 8. 시험관 아래에 손을 두지 않도록 주의해야 합니다.
시험관 집게를 잡고 손으로 조금 식힌 다음, 비어 있는 막자사발 위에 올려두고 식힙니다.
식는 동안 가열 기구 등을 정리하게 하면 좋습니다(가열 기구 등 정리하기).
순서 4. 충분히 식으면 시험관에서 시료 a를 꺼내, 시료 b와의 성질 차이 알아보기
젖은 수건으로 시험관 끝을 만져봐서 ‘칙’ 하는 소리가 나지 않으면 젖은 수건으로 감싸 전체를 식힙니다. 탈지면을 빼고 시험관에서 내용물을 꺼냅니다.
자석을 가까이 대봅니다.
핵심 9. 페라이트 자석이면 괜찮지만, 네오디뮴 자석일 경우 황화철도 달라붙을 수 있습니다. 단, 붙는 힘이 약해요. 붙는 정도의 차이에 주목하게 합시다.
순서 5. 일부(1~2mm 정도)를 페트리 접시에 담아, 작은 병에 든 염산을 3방울 떨어뜨려 발생하는 냄새를 맡아본다. 손으로 부채질하며 관찰한다.
여기가 바로 중독 사고가 가장 많이 일어나는 지점입니다! 사고가 가장 많이 발생하는 순간이죠. 환기를 다시 한 번 확인하고, 창문과 교실 앞뒤 문도 모두 열어둡니다. ‘조각’에만 뿌릴 것, 그리고 염산은 ‘3방울’만 사용하라고 여러 번 강하게 주의를 주세요! 지시를 제대로 듣지 않은 학생들이 염산을 콸콸 붓는 일이 흔하게 일어납니다.
작은 병을 사용하면 너무 많이 붓는 것을 막을 수 있습니다. 하지만 흰색 부분을 돌리는 학생들이 생기기도 해요… 교사가 직접 뿌려주는 등 각별한 주의가 필요합니다!
핵심 10. 환기를 위해 문과 창문을 열어두기. 또한 황화철은 그냥 사용하지 말고 부러뜨려 조각으로 만든 후 염산을 뿌릴 것. 염산은 묽은 것(3%)을 작은 병에 넣어 3방울만 넣으라고 지시하기.
핵심 11. 도중에 몸이 안 좋아진 학생은 밖에 나가도 된다고 지시하기. 공기보다 무거운 기체이므로 서서 작업하도록 말해주세요(실험 중에는 항상 서서 하는 것이 기본이지만요).
핵심 12. 발생하는 기체는 유독하므로 손으로 부채질해서 살짝 냄새를 맡도록 한다. 얼굴을 직접 가까이 대지 말 것. 절대 깊이 들이마시면 안 됩니다. 모두 냄새를 맡았다면 물을 조금 뿌려 반응을 멈추도록 지시하기.
황화철 조각을 시험관에 넣고 염산을 뿌려 황화수소 냄새를 맡는 방법도 있지만, 해보니 페트리 접시가 더 좋았습니다. 이유는 공기보다 무거워서 시험관의 경우 입구까지 기체가 올라오는 데 시간이 걸려 부채질해도 냄새를 맡지 못하는 순간이 생겨 학생들이 코를 들이댈 것 같은 불길한 예감이 들었기 때문이죠. 그래서 저는 페트리 접시를 사용하는 방법을 추천합니다.
시험관은 솔로 씻도록 지시해줍니다. 얼룩이 완전히 지워지진 않아요. 황화철과 남은 시료는 타지 않는 쓰레기로 회수합니다. 하수구에 버리지 않습니다. 시험관은 금이 가지 않았는지 확인하고 씻으면 얼룩이 남긴 하지만 다시 사용할 수 있었습니다.
핵심 13. 남은 시료는 회수한다. 하수구에 버리지 않는다. 또한 시료를 처리할 때 교사는 주의해야 한다.
남은 시료를 회수하는 것뿐만 아니라, 그 후의 처리에도 교사가 신경 써야 할 부분입니다. 과학실에서 화재가 발생했다는 뉴스가 있었는데, 시기로 보아 철과 황 실험이었을 가능성이 있습니다. 어쩌면 철과 황이 섞인 것이 발화했을 수도 있고요. 진실은 알 수 없지만요.
다른 방법 (참고)
시험관에 넣지 않고 직접 가열하는 방법도 있습니다. 저는 이 방법으로 몇 년간 했었어요. 화학 반응 자체가 아주 잘 보이고 관찰하기에는 추천합니다. 하지만 아무래도 얼굴을 가까이 대고 보고 싶어지거나, 그로 인해 황 증기를 들이마시고 기침을 할 수 있기 때문에, 더 안전하게 하려면 위에서 말한 탈지면으로 뚜껑을 덮는 방법을 추천합니다.
또 교과서에 따라서는 황과 스틸울을 시험관에 넣고 하는 방법도 있었어요. 직접 해보면 이런 느낌입니다.
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