다양한 활동으로 과학에 흥미를 가져봅시다.

과학동아리 친구들의 결정만들기
다양한 활동으로 과학에 흥미를 가져봅시다.
탐구학습 I 과학체험 I 과학동아리 I 결정만들기

과학 하면 따분하고 지겹다고 생각하기 쉽습니다. 손으로 만져보고 실험할 수 있는 부분들도 많이 있지만, 자료를 분석하고 분류하는 논리적 사고활동을 해야 하는 부분도 많이 있기 때문입니다. 후자에 인해 많은 학생이 과학에 흥미를 잃고 있습니다. 학교에서만 아니라 가정에도 지속해서 과학 체험을 할 수 있다면 하는 아쉬움이 늘 남습니다. 시작되는 2학기 꾸준히 탐구할 수 있는 탐구 학습, 가정에서도 시행할 수 있는 과학 체험학습 모두 다 궁금하시죠? 그럼 화명초등학교 과학 동아리 친구들의 활동을 함께 살펴보도록 합시다.

여러 가지 결정 모양들(결정 만들기 콘테스트 전시물 중에서)

결정을 만들어 봅시다.

1. 결정이란?

결정이란 원자나 이온들이 규칙적으로 배열하고 있는 고체 상태의 물질입니다. 한편, 구성 원자나 이온들이 불규칙하게 배열된 고체를 비결정질이라고 합니다. 대부분 고체는 결정이며, 유리 · 아교 등은 액체 상태를 유지하고 있기 때문에 비결정질입니다. 결정은 그것을 구성하는 입자와 화학 결합의 종류 등에 의하여 이온 결정, 금속 결정, 공유 결정, 분자 결정 등으로 나눌 수 있습니다. 과학적 지식이 조금 없더라도 다양한 물질들을 결정으로 만드는 과정을 통해 물질들의 특성을 알 수 있습니다.

결정 만들기는 순도가 높은 물질을 얻기 위해 사용되는 물질의 분리 방법입니다. 이러한 혼합물의 분리 과정은 초등학생부터 시작할 수 있습니다. 하지만 결정을 통해 얻은 순물질의 사용은 우리 생활 여러 분야에 쓰이고 있고, 더 높은 순도의 물질을 얻기 위해서 과학자들도 많은 연구를 진행하고 있습니다.

2. 결정 만드는 방법

결정을 만드는 방법은 얻고자 하는 순물질의 성질에 따라 달라집니다. 은결정은 아주 높은 온도로 가열하고 서서히 식히는 과정을 통해 얻을 수 있습니다. 잘 알려진 붕산, 황산구리, 백반 결정은 물에 녹인 후 용해점을 달리하여 얻을 수 있습니다. 첫 번째 방법은 실험실에서 고가의 장비가 필요하지만 두 번째 방법은 학교나 가정에서 누구나 참여할 수 있습니다. 

두 번째 방법을 조금 더 자세하게 살펴보겠습니다.

1. 우선 비커나 페트리접시 등 도구를 증류수로 깨끗이 씻어서 드라이기로 말립니다.

    (혹시 먼지가 들어가면 결정성장에 방해될 수도 있습니다.)

2. 비커에 증류수와 용질(황산구리-고체가루 상태)을 넣고 녹입니다. 필요한 만큼 증류수를 넣고 황산구리를 많이 넣습니다. 밑에 황산구리가 가라앉아서 절대 녹지 않을 겁니다. 온도도 7~80도까지 올려서 뜨거운 상태에서 녹입니다. 중요한 건 포화상태-혹은 과포화 상태를 만드는 것입니다.

3. 용매를 거름종이에 거릅니다. 포화상태의 용액은 작은 매체만 있어도 결정으로 달라붙습니다. 그리고 이물질 들어가면 다결정이 만들어지기 때문에 좋은 모양의 결정을 얻을 수 없습니다.

4. 용액을 페트리 접시에 반쯤 되는 높이로 붓고, 위에 거름종이를 덮은 뒤, 원하는 온도에서 용매를 증발시킵니다.

5. 용매를 다 증발시켜 생성된 작은 결정을 '시드'라고 부르곤 하는데, 작고(쌀알~손톱 크기 정도) 모양이 예쁘며 크기가 적당(쌀알 정도 크기면 괜찮습니다.)한 것을 골라 낚싯줄(제일 가는 것)로 가운데를 묶습니다.

6. 용액 가운데에 시드가 위치하도록 설치합니다. 

7. 이제 일정한 온도(처음에 용액을 식힌 온도입니다)에서 진동이 없도록 주의하면서 가만히 두면 됩니다.

8. 어느 정도 성장한 결정체는 더 큰 용기의 포화용액에 넣어 계속 성장시키면 더 큰 결정을 얻을 수 있습니다.

결정 만들기에 필요한 재료를 준비합니다.

결정 만들기에서 중요한 부분은 포화용액을 만드는 작업이기 때문에 저울을 이용해 녹일 양을 정확히 측정하여야 합니다.

3. 화명 과학 결정 동아리

화명초등학교 과학 결정 동아리는 여름방학을 이용해 결정 만들기에 도전했습니다. 결정뿐만 아니라 다양한 실험을 통해 궁금증을 해결하고, 문제 해결력을 길렀습니다. 예를 들어 증류수가 아닌 혼합물에서는 어떤 결정이 얻어질 것인가 예상하고 결과를 얻어보았습니다. 또 다른 탐구 문제로 진동이 있는 곳에서는 어떤 결정이 생기는가를 주제로 탐구실험을 진행했습니다.

탐구 결과, 유기물이 많이 포함된 술에 녹인 물질은 결정은 유기물과 결합해 모양을 알 수 없어 결정성장을 방해한다는 사실을 알 수 있었고, 이온음료는 작은 결정이 생기는 것을 보아 결정 성장 속도를 느리게 하는 것을 알 수 있었습니다. 그리고 진동이 계속 발생하는 컴퓨터(학교 전산실 서버 컴퓨터) 위에 둔 결정은 작은 진동과 건조함 때문에 파도치는 형태로 눈송이 모양의 결정이 생겼습니다. 

창의적 사고력을 기르기 위해 결정 만드는 조건을 달리하여 만들기에 도전한 화명 과학 결정 동아리

결정 만들기 과정에서 과학적 개념 이해와 반성적 사고력을 기르기 위해 실험 일지를 작성할 수도 있습니다.

화명초등학교 과학 결정 동아리에서 만든 ADP결정

 

4. 한국물리학회 주최 결정 콘테스트

결정 만들기는 개인의 만족뿐만 아니라 과학 발전에도 이바지할 수 있는 활동이기 때문에 한국물리학회에서는 1997년부터 매년 결정 콘테스트를 열어왔습니다. 학생뿐만 아니라 일반인에 이르기까지 가족 모두 참여할 수 있습니다. 결정 콘테스트(www.crystalcontest.or.kr/)에 대한 내용은 홈페이지를 통해 더 자세히 알아볼 수 있습니다.

한국 물리학회 주최 결정 콘테스트 홈페이지(www.crystalcontest.or.kr)

학교와 가정에서 모두 할 수 있는 과학 체험

결정 만들기에 참여하고 있는 화명초등학교 친구들의 이야기를 들어 보겠습니다. 

김상원(화명초 6학년) - 결정 만들기를 통해 과학적 개념을 더 확실하게 이해하게 되었습니다. 처음에는 용해도라는 말도 어색했고, 포화용액이라는 말이 입에서만 맴돌았습니다. 탐구과정을 거치면서 자연스럽게 과학적 개념이 머리에 잡힌 것 같습니다.

 

조양훈(화명초 6학년) - 과학 결정 동아리에 들어오기를 잘한 것 같습니다. 상원이 말처럼 과학적 상식과 개념을 더 잘 알 수 있었습니다. 무엇보다 여름방학 기간을 스스로 문제를 정해 해결할 수 있는 자유탐구 학습의 기회로 사용했다는 것이 중요한 것 같습니다. 2학기에도 결정 만들기뿐만 아니라 궁금해하던 과학개념을 직접 실험 설계하여 해결해 보도록 하겠습니다.

과학은 따분하고 공식에 의해 답을 아는 과정이 아니라 일상의 여러 가지 현상을 설명하는 재미있는 탐구과정입니다. P.헨리는 "나의 길을 인도해 주는 유일한 램프를 지니고 있다. 그것은 경험이란 램프다."라고 말했습니다. 그것은 경험은 말로 전달해 줄 수 없는 지혜를 담고 있기 때문입니다. 자, 그럼 이제부터 경험을 쌓기 위해 도전해 볼까요? 다양하고 흥미로운 과학체험이 우리 주변에는 무수히 많이 있습니다.

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