화산을 만들어봤더니 폭발적으로 재미있었다! 실험 레시피 전격 공개 (석고와 베이킹소다 화산 모형)
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠.
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과학 수업은 역시 직접 ‘해보는’ 게 제일 재미있죠. 학생들의 초롱초롱 빛나는 눈과 “아하!” 하고 외치는 소리를 들으면, 교사인 저희도 덩달아 기뻐집니다. 얼마 전까지 교육 실습생이었던 H 선생님과 함께 ‘화산’ 수업을 진행했는데, 그때 했던 화산 폭발 실험이 정말 탐구심을 자극하는 시간이었어요.
‘마그마의 점성은 화산의 모양과 어떤 관계가 있을까?’
교과서에 적힌 지식을 그저 외우는 것보다, 직접 ‘보고, 만지고, 체험’하는 게 과학의 묘미죠. 그래서 저희는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 화산 폭발 모형을 **직접 만들어보기로 했습니다! 이 실험, 겉보기엔 쉬워 보이지만 사실 꽤 심오해요.
재료는 석고, 베이킹소다, 세탁풀, 그리고 물, 딱 네 가지예요. 이 네 가지 재료의 ‘배합 비율’만 살짝 바꿔도 마그마의 움직임과 점성이 완전히 달라지죠. 마치 진짜 화산 활동을 시뮬레이션하는 듯한 경험을 할 수 있어요.
특히 재미있는 건, 석고(황산칼슘: CaSO4), 베이킹소다(탄산수소나트륨: NaHCO3), 그리고 물을 섞었을 때 일어나는 화학 반응이에요. 여러분도 아시다시피, 바로 이산화탄소(CO2)가 발생하죠! 이때 발생하는 이산화탄소 덕분에 재료가 부풀어 오르는 모습은 마치 진짜 화산이 폭발하기 전 서서히 팽창하는 것처럼 보여요. 이렇게 일상 속의 작은 화학 반응이 웅장한 자연 현상으로 이어진다는 걸 깨닫는 순간이야말로 과학 교육의 진정한 재미가 아닐까요?
H 선생님과 수없이 배합 비율을 바꿔가며 실험을 반복했어요. “오, 이거다!” 싶은 최적의 조합을 찾아내기까지 꽤 오랜 시간이 걸렸죠. 하지만 그만큼 성공했을 때의 성취감은 정말 대단했습니다. ‘과학의 탐구란 바로 이런 거구나’ 하고 다시금 느꼈던 순간이었어요. 이번에는 저희가 여러 시도 끝에 찾아낸, 화산 폭발 실험을 성공시키는 재료의 비율과 그 과정을 자세히 알려드릴게요!
준비물
・플라스틱 용기
・석고 10g x 2 ← 지퍼백에 넣기
・베이킹소다 5g x 2 ← 증발 접시에 넣기
・세탁풀(PVA)
・물
・약숟가락
・유리막대
・트레이
플라스틱 용기는 다이소에서 파는 이걸 사용했어요. 사이즈가 중요하니, 똑같이 실험할 거라면 이걸로 준비해주세요.
이 플라스틱 용기 바닥에 송곳으로 구멍을 뚫고, 미리 종이테이프를 붙여둡니다.
그리고 중요한 배합 비율은 다음과 같습니다.
점성이 낮은 마그마: PVA 세탁풀 1ml + 물 30ml
점성이 높은 마그마: PVA 세탁풀 10ml + 물 15ml
이 재료들을 미리 용기에 각각 담아둡니다.
【실험 순서】
① PVA 세탁풀과 물이 담긴 플라스틱 용기를 유리막대로 잘 섞는다.
② PVA 세탁풀과 물이 담긴 플라스틱 용기에 석고 10g(지퍼백에 담아둔 것)을 넣는다.
③ 플라스틱 용기의 석고와 PVA 세탁풀, 물이 잘 섞이도록 유리막대로 젓는다.
④ 잘 저은 후, 그 위에 베이킹소다 5g을 넣고, 전체가 섞이도록 빠르게 유리막대로 젓는다.
여기서 가장 중요한 건, 재료를 빠르게 섞고 뚜껑을 닫는 거예요.
※ 베이킹소다가 덩어리져 있을 수 있으니, 약숟가락으로 미리 잘게 부숴주세요!
⑤ 플라스틱 용기 뚜껑을 닫고, 트레이 위에 용기를 뒤집어 놓은 후, 붙여 놓은 종이테이프를 바로 떼어낸다.
⑥ 용암 모형을 위에서 내려다보며 용액(용암)이 퍼지는 모습을 자세히 관찰한다.
※ 실험자는 반드시 폴리에틸렌 장갑을 착용해야 합니다! 또한 모든 참가자는 실험복과 보안경을 착용하세요!
이 과정을 점성이 높은 경우와 낮은 경우 모두 해봅니다.
실제 실험 모습은 아래와 같습니다.
점성이 높은 경우
위에서 보면,
점성이 낮은 경우
H 선생님의 아이디어로 검은색 쟁반 위에 두 모형을 나란히 놓고 실험했어요.
4명이 한 조가 되어 실험을 진행했는데, 반응이 정말 뜨거웠어요. 아주 훌륭한 배합입니다. H 선생님, 정말 감사합니다.
【왜 이 배합으로 폭발이 일어날까?】
이 실험의 핵심은 바로 석고와 베이킹소다, 그리고 물의 화학 반응에 있습니다.
베이킹소다의 분해로 인한 이산화탄소 발생: 베이킹소다(탄산수소나트륨: NaHCO3)가 물에 녹으면 일부가 분해되어 탄산 이온(CO32−)이나 탄산수소 이온(HCO3−)을 만들고, 이어서 이산화탄소(CO2)와 물을 생성합니다.
석고와 베이킹소다의 반응으로 인한 이산화탄소 발생: 석고(황산칼슘: CaSO4)가 물에 녹아 생기는 칼슘 이온(Ca2+)과 베이킹소다에서 생기는 탄산수소 이온(HCO3−)이 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)이 침전됨과 동시에 이산화탄소(CO2)와 물이 생성됩니다.
세탁풀(PVA)의 역할: 세탁풀에 들어 있는 폴리비닐알코올(PVA)은 물에 녹으면 긴 분자들이 얽히면서 점성을 높여줍니다. 이 PVA가 발생한 이산화탄소 기포를 가둬서 한 번에 터져 나오지 않고, 서서히 부풀어 오르며 분출되는 **’점성 있는 폭발’**을 재현해줘요. PVA 양이 적으면 기포가 금방 빠져나와 묽은 용암처럼 퍼지고(하와이 같은 순상 화산), 양이 많으면 점성이 강해져 돔 형태의 용암이 쌓이는 모습(쇼와신잔 같은 용암 돔)과 비슷해집니다.
이 실험을 통해 학생들은 단순히 화산이 만들어지는 과정을 보는 것에 그치지 않고, 그 뒤에 숨겨진 화학 반응과 재료의 물리적 특성이 ‘폭발’이라는 자연 현상에 어떻게 영향을 미치는지를 깊이 있게 배울 수 있어요.
화산 폭발 실험은 약간의 아이디어와 여러 번의 시도만으로도 학생들의 탐구심을 크게 자극하는 매력적인 수업이 될 거예요. 다음 수업 때 꼭 도전해 보세요!
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