☞ 강의 Tip.

“실험뚝딱” 교사용 지도서- 방향제 램프 만들기

이번 단원에서는 분자의 운동성을 알아보는 ‘확산’에 대해서 알아봅니다. 증발과 더불어 확산은 분자가 스스로 끊임없이 움직이고 있기 때문에 일어납니다. 밀도가 높은 쪽에서 밀도가 낮은 쪽으로 물질의 분자가 확산 되면서 결국 전체의 밀도가 같아질 때까지 운동을 하는데, 기체와 액체의 경우를 나누어서 예를 들어 설명합니다. 또한 분자의 개념은 중학교에서 배우게 될 개념이지만, 그림을 그려 물질의 고유의 특징을 가진 가장 작은 알갱이라는 의미로 미리 지도해 주시는 것도 좋습니다.

▩ 확산

① 어떤 물질 속으로 종류가 다른 물질이 점차 섞여 들어가는 현상을 확산이라고 합니다.

② 물질을 이루는 분자들이 스스로 운동하여 기체나 액체 속으로 널리 퍼져 나가는 현상을 말하는데 이와 같은 현상은 물질을 이루는 분자가 끊임없이 운동하고 있기 때문에 나타납니다.

③ 물질을 이루고 있는 분자들이 스스로 운동하여 농도(밀도)가 높은 쪽에서 농도(밀도)가 낮은 쪽으로 퍼져나갑니다.

④ 확산 현상은 기체와 기체, 기체와 고체, 액체와 고체 사이에서도 일어나며, 같은 종류의 기체나 액체의 경우에서도 부분적으로 밀도의 차이가 있으면 자 연적으로 확산이 일어나서 전체 밀도가 균일하게 됩니다.

! 밀도

물질을 이루고 있는 입자의 빽빽한 정도를 어려운 말로 밀도라고 합니다. 입자가 빽빽하면 밀도가 크다고 하며, 입자가 빽빽하지 않으면 밀도가 작다고 합니다.

! 농도

일정 질량이나 부피 등에 대 해 성분이 얼마나 많이 포함되어 있는지를 나타내 주는 값으로, 기체나 용액의 묽거나 진한정도를 숫자로 나타냅니다.

▩ 확산의 예

- 밀폐된 방 한구석에 뿌린 향수 냄새가 방 안 가득 퍼집니다.

- 꽃집 근처를 지나가면 꽃향기를 맡을 수 있습니다.

- 에어쇼를 펼치는 비행기에서 나온 연기는 시간이 지날수록 두꺼워집니다.

- 동물들이 암컷이나 수컷을 유인하기 위해 페로몬을 내뿜습니다.

- 각설탕을 물에 녹이면 물 전체에서 단맛이 납니다.

- 따뜻한 물에 녹차 티백을 넣으면 찻물이 우러나 녹색으로 됩니다.

- 컵의 물에 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 시간이 지남에 따라 잉크가 퍼져 전체가 균일하게 섞입니다.

- 대기나 해수가 일정한 조성을 가지는 것입니다.

▩ 확산 속도에 영향을 미치는 요인

요인	영향
물질의 상태	기체 상태에서는 분자 사이의 거리가 멀고 분자들이 활발하게 움직이므로 고체<액체<기체 순으로 확산 속도가 빠릅니다. 예) 설탕보다 잉크가 물속으로 더 빠르게 확산됩니다.
온도	온도가 높을수록 분자 운동이 활발하므로 확산 속도가 빠릅니다. 예) 겨울철보다 여름철에 화장실 냄새가 심합니다.
매질의 상태	물질의 확산을 방해하는 입자가 없을수록 확산이 더 빠르게 일어나므로 진공 속 > 기체 속 > 액체 속 순으로 확산 속도가 빠릅니다. 예) 공기 중보다 진공 중에서 향수 냄새가 빠르게 퍼집니다.
분자의 질량	분자의 질량이 작을수록 분자 운동이 활발하므로 확산 속도가 빠릅니다.

! 확산과 물질의 분자량

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공기보다 가벼운 기체인 수소나 헬륨, 암모니아 등은 확산 속도가 빠릅니다. 예를 들면 긴 유리관의 양끝에 암모니아수와 묽은 염산을 묻힌 솜을 넣고 고무마개로 막아서 밀폐시켜 놓으면 잠시 후 유리관에 염화암모늄의 흰 연기가 생기는 것을 볼 수 있는데, 이때 가벼운 암모니아 분자가 염화수소 분자보다 더 빠르게 확산 되므로 흰 연기는 염산을 묻힌 솜 쪽으로 약간 치우쳐 생기게 됩니다. 또한, 유리관을 가열하면 온도가 높아지므로 흰 연기가 더 빨리 생기게 됩니다.

기체나 액체의 확산 속도는 ‘그레이엄의 법칙’으로 설명되는데, 이 법칙은 확산 속도가 물질의 분자량의 제곱근에 반비례한다는 법칙으로 영국의 화학자 T.그레이엄이 1831년에 제창하였으며, 기체나 액체의 확산 현상에 적용됩니다.

▩ 증발과 끓음은 무엇이 다를까요?

증발과 끓음은 모두 액체가 기체로 기화하는 현상인데, 증발은 액체의 표면에 있는 분자들만 기화하는 현상으로 액체가 끓는점에 도달하지 않아도 일어나는 현상이며, 액체 표면에 있는 분자들이 인력을 끊고 튀어나오는 증기압이 외부 압력과 같아질 때까지 계속 일어나게 됩니다. 액체가 계속 열을 받으면 분자 운동이 활발해지면서 증기압이 점점 커지고, 마침내 외부 압력과 같아지게 되면 끓음 현상이 일어나게 됩니다.

※ 증기압 : 액체 또는 고체에서 증발하는 압력

☺ 재미있는 이야기

새집증후군은 증발과 확산 때문에 일어나요!

건물을 지을 때 사용하는 합판, 바닥재, 접착제, 페인트 등에는 포름알데히드, 벤젠, 클로로폼, 톨루엔과 같이 몸에 해로운 물질이 들어 있습니다. 새로 지은 건물에서 이러한 물질이 증발하고 확산되어 우리 몸에 해를 끼치는 것을 새집증후군이라고 합니다. 온도가 높아지면 증발과 확산이 빠르게 일어나기 때문 에 새집으로 이사하는 경우 미리 난방을 하고 환기를 하여 오염물질을 제거하는 것이 좋습니다.

확산을 이용한 달력

스페인 출신의 디자이너 ‘오스카 디아즈’의 작품입니다. 확산을 이용하여 다양한 색의 잉크가 캘린더의 숫자에 퍼지면서 매일매일 날짜를 알려줍니다.

섬유탈취제를 뿌리면 왜 향기로운 냄새가 날까요?

옷에 밴 고기냄새나 담배냄새는 본인 뿐 만 아니라 주변 사람의 기분도 불쾌하게 만듭니다. 통풍이 잘 되는 곳에 옷을 걸어두면 냄새가 서서히 빠지지만 시간이 너무 오래 걸리죠. 이런 문제점을 해결하기 위해 다양한 냄새 제거제들이 개발되었습니다. 그 중 옷에 직접 뿌려 냄새를 제거하는 섬유탈취제는 알코올 성분이 증발 하면서 냄새의 원인물질과 함께 휘발하는 원리입니다.

또한 섬유탈취제를 뿌리면 어느 정도 떨어져 있어도 그 향기를 맡을 수 있는데, 향기 분자가 공기 중으로 이동하기 때문입니다. 향기 분자들은 확산 되는 과정에서 서로 부딪히거나 불규칙한 운동을 반복합니다. 또 농도가 높은 곳에서 농도가 낮은 곳으로 이동하려는 경향 때문에 향기 분자가 멀리까지 골고루 퍼져나가는 것입니다.

우리 몸에서도 확산이 일어나요!

우리는 호흡을 하면서 필요한 에너지를 만들어 냅니다. 우리 몸에 필요한 산소를 받아들이고, 우리 몸의 대사과정에서 생성된 이산화탄소를 다시 밖으로 내보냅니다. 이 과정은 폐를 이루는 수많은 폐포에서 이루어집니다. 폐포 속에는 신선한 공기가 많기 때문에 산소의 분압이 높고, 모세혈관 내의 혈액은 조직 세포에 산소를 주고 왔으므로 산소의 분압이 낮습니다. 따라서 산소는 폐포에서 모세혈관 속으로 확산됩니다. 반대로 이산화탄소는 모세 혈관에서 폐포 속으로 확산됩니다.