흐린 날에도 성공！캐나다말·참새귀리로 배우는 광합성 실험 완벽 가이드

사이언스트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.

물이 천천히 색을 바꾸는 순간, 학생들의 눈빛이 반짝입니다. “어? 색이 변했다!” — 바로 그 한마디를 위해 과학 실험이 존재한다고 해도 과언이 아닙니다. 이번에는 중학교 과학의 대표 실험인 ‘검정말과 BTB 용액을 이용한 광합성 관찰’을 실제 수업에서 성공적으로 진행하기 위한 준비와 노하우를 정리해 보았습니다. 얼핏 단순해 보이지만, 사실은 준비에 따라 결과가 크게 달라지는 실험입니다.

실험 준비물

・검정말(건강한 상태의 것 준비)　・BTB 용액(희석 없이 바로 사용할 수 있는 제품 추천)　・비커　・시험관 4개(A~D)　・알루미늄 포일　・식물 재배용 LED 조명(가능하면 고출력)　・암실 또는 빛을 차단할 수 있는 상자

사전 준비

검정말은 전날부터 암실에 넣어 둡니다. (전처리를 하지 않으면 이미 광합성이 진행되고 있을 가능성이 있기 때문입니다.) BTB 용액과 함께 스포이트나 피펫도 미리 준비해 두면 편리합니다. 또한 조명의 위치와 밝기를 사전에 테스트해 두는 것도 중요합니다. (일반 조명은 시간이 꽤 오래 걸릴 수 있습니다.)

실험 방법

비커에 BTB 용액을 2~3방울 넣고 수돗물을 추가합니다. 빨대 등을 이용해 숨을 불어 넣어 BTB 용액을 노랗게 만듭니다.

파란색에서

노란색으로 변화

내쉰 숨 속에는 이산화탄소가 포함되어 있습니다. 이것이 물에 녹으면 탄산이 되어 액체가 산성 쪽으로 기울고, BTB 용액이 노랗게 변합니다. 노랗게 된 BTB 용액을 4개의 시험관(A~D)에 나누어 담습니다.

• 시험관 A：BTB 용액 + 검정말
• 시험관 B：BTB 용액만 (검정말 없음)
• 시험관 C：BTB 용액 + 검정말 + 알루미늄 포일로 차광
• 시험관 D：BTB 용액만 + 알루미늄 포일로 차광

왼쪽부터 시험관 A・B・C・D입니다.

햇빛이나 식물 재배용 조명을 이용해 약 20분 정도 비춥니다. 흐린 날에는 조명으로 대체할 수 있지만 효과가 약할 수 있으므로 더 오래 비춰 주는 것이 좋습니다.

2시간 후 색 변화를 관찰합니다.

실험 결과와 핵심 포인트

처음 30분 동안은 거의 변화가 보이지 않았습니다. 식물용 조명의 출력이 다소 약했기 때문에 그대로 2시간 동안 계속 비춰 보았습니다. 그러자 시험관 A(검정말이 들어간 것)만 청록색으로 변했습니다!

청록색으로 변한 것은 광합성에 의해 물속의 이산화탄소가 흡수되었고, 액체가 알칼리성 쪽으로 변했다는 증거입니다. BTB 용액은 알칼리성에서는 파란색, 중성에서는 초록색, 산성에서는 노란색으로 변하는 시약입니다. 즉, 이 색 변화는 식물이 실제로 이산화탄소를 흡수했다는 사실을 눈으로 확인하게 해 주는 셈입니다.

또한 검정말 잎 주변에는 작은 기포들도 관찰되었습니다.

이 기포는 광합성으로 생성된 산소입니다.

식물은 이산화탄소와 물을 이용해 빛 에너지로 당과 산소를 만들어 냅니다. 그 반응이 바로 눈앞에서 일어나고 있었던 것입니다. 우리가 매일 숨 쉬는 공기 속 산소도 지구의 식물들이 수억 년 동안 만들어 온 것이라고 생각하면, 이 작은 기포들이 왠지 특별하게 느껴지지 않나요?

알루미늄 포일로 빛을 차단한 시험관(C・D)은 변화가 없었습니다. 빛이 없으면 광합성은 진행되지 않는다는 사실도 이 실험이 확실히 보여 준 셈입니다. 단 하나의 조건만 바꿔 비교하는 ‘대조 실험’의 개념을 색 변화라는 시각적인 형태로 체감할 수 있다는 점이 이 실험의 큰 매력입니다.

실험을 성공시키는 팁 정리

• BTB 용액은 교과서 예시보다 약간 진하게 준비하면 색 변화가 훨씬 잘 보입니다.
• 흐린 날을 대비해 밝은 식물 재배용 조명을 준비해 두세요.
• 검정말은 반드시 전날부터 암처리해 두는 것이 중요합니다.
• 여유 있게 약 2시간 정도 비출 계획으로 진행하면 안정적입니다. 기포 관찰용 돋보기를 준비하면 관찰이 훨씬 재미있어집니다.
• 석회수를 사용한 경우

다음으로는 BTB 용액 대신 석회수를 사용한 경우도 소개하겠습니다.

시험관에 숨을 약 20초간 불어 넣은 뒤 4개를 준비하고, A와 C에는 야외에서 채집한 들보리를 넣었습니다. B와 D는 그대로 두고, C와 D에는 알루미늄 포일을 씌워 빛을 차단했습니다. 이것을 햇빛 아래 20분간 둔 후 관찰했습니다. 석회수는 이산화탄소와 반응하면 하얗게 흐려지는 성질이 있습니다. 즉, 광합성이 활발히 일어나 이산화탄소가 흡수되면 흐림이 줄어들어야 합니다. 왼쪽부터 A・B・C・D입니다.

들보리가 들어 있으면 보기 어려워서 꺼내 보았습니다.

왼쪽(A)의 흐림이 더 약하고, 오른쪽 세 개는 뿌옇게 흐려진 것을 확인할 수 있습니다. 사진에서는 A와 C의 차이가 조금 덜 보이지만, 실제 눈으로 보면 꽤 확실한 차이가 있었습니다. 대일본도서의 교과서 『이과의 세계 2』에서는 실험 결과 예시가 다음과 같이 소개되어 있습니다.

『이과의 세계 2』（대일본도서）（2021년 2월 1일） P100에서 인용

교과서 예시에서는 C가 더 흐려져야 했지만, 이번에는 차이가 다소 작게 나타난 듯합니다. 20분보다 더 오래 햇빛 아래 두었다면 더욱 분명한 차이가 나왔을지도 모르겠습니다. BTB 용액과 석회수, 두 종류의 지시약을 비교해 보면 광합성의 증거를 훨씬 다양한 관점에서 확인할 수 있어 매우 흥미롭습니다. 두 가지 실험을 모두 진행하는 데에는 분명한 장점이 있습니다.

1. 이산화탄소의 “감소”를 두 가지 방법으로 확인할 수 있다

BTB 용액은 색 변화(노란색→청록색), 석회수는 흐림 변화(백탁→투명)로 각각 이산화탄소 감소를 보여 줍니다. 같은 현상을 서로 다른 지시약으로 확인함으로써 “우연히 그렇게 된 것”이 아니라 “확실한 사실”이라는 과학적 확신으로 이어집니다. 이는 과학의 기본 태도인 ‘재현성’과 ‘다각적 검증’을 자연스럽게 배울 수 있는 기회가 됩니다.

2. 시각적 인상이 달라 학생들의 기억에 더 오래 남는다

색이 변하는 BTB 용액과, 액체가 점점 맑아지는 석회수는 변화의 방식 자체가 완전히 다릅니다. 하나만 보는 것보다 “두 가지 모두 변했다!”라는 경험이 훨씬 기억에 남고, 과학에 대한 흥미를 끌어내는 효과도 커집니다.

3. 조건이나 식물 종류를 바꾼 비교 실험으로 발전시키기 쉽다

이번 기사에서도 BTB 용액에는 검정말, 석회수에는 들보리라는 서로 다른 식물을 사용했습니다. 지시약과 식물의 조합을 바꾸면 “식물 종류에 따라 광합성의 활발함이 다를까?” 같은 발전적인 질문으로 이어질 수도 있습니다.

정리하면, 두 가지 실험을 모두 해 보는 것은 “같은 현상을 더 확실하게, 더 깊이, 더 재미있게 이해하기 위한” 매우 효과적인 방법이라고 할 수 있습니다. 수업 시간에 여유가 있다면 꼭 둘 다 체험하게 해 주세요. 이 실험은 ‘호흡과 광합성의 차이’, ‘빛의 필요성’, ‘조건 통제’를 한 번에 체감할 수 있는 중학교 과학 최고의 실험 중 하나입니다. 준비를 잘해서 학생들과 함께 색 변화의 순간을 꼭 즐겨 보세요!

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