수업지도안(세안) - Ⅲ. 물질의 구성/탐구10) 불꽃색으로 원소 구별하기

소개글

수업지도안(세안) - Ⅲ. 물질의 구성/탐구10) 불꽃색으로 원소 구별하기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

[차례]

Ⅰ. 과학과 교수 ․ 학습의 기본 방향
1. 제 7차 교육과정 중학교 과학과의 교육 목표
2. 과학과의 특성
3. 3학년 교과내용 및 목표

Ⅱ. 단원의 개관
1. 교재 및 단원명
2. 단원 설정의 이유
3. 단원의 연계성
4. 단원의 개념 구조도
5. 단원의 학습 목표
6 . 단원 지도상의 유의점
7. 단원의 지도 계획

Ⅲ. 지도의 실제
1. 수업방법
2. 교수 - 학습과정안
3. 실험 탐구 보고서
4. 심화 학습

※ 부록
1. 불꽃반응(flame reaction)
2. 불꽃놀이(flame reaction)
3. 스펙트럼

본문내용

광선 혹은 자외선에 해당하는 에너지를 받을 때 들뜬 상태로 올라간다. 따라서 바닥상태로 내려올 때는 같은 크기의 에너지를 가진 복사선을 방출하는데 그 복사선이 가시광선 영역에 해당될 때 불꽃 반응을 관찰할 수 있다. 우리의 눈으로 관찰 가능한 불꽃색은 주로 금속 원자에서 나타난다. 예를 들어 나트륨의 경우는 원자가전자가 방출하는 복사선의 파장이 590nm 이므로 노란색을 나타낸다.
2. 불꽃놀이(flame reaction)
1) 불꽃놀이의 유래
경축일의 밤이면 휘황찬란하게 밤하늘을 수놓는 불꽃놀이에 사용하는 화약은 지금으로부터 1000년 전에 중국에서 만들어졌다. 불꽃놀이는 고대 중국에서 유래되었고 고대 중국에서는 경축행사를 위해서 특별히 군사용 화포를 개량하여 폭죽을 쏘았는데 오늘날에도 여전히 이런 용도로 사용하고 있다. 중세 유럽에서 불꽃놀이는 서구세계 전반에 걸쳐 군사용 폭발물의 확산을 가져 왔으며 군사용 화약전문가들은 군대에 소집되어 승리와 평화를 축하하는 불꽃놀이 행사를 담당하도록 했다. 19세기 들어 마그네슘과 알루미늄과 같은 새로운 재료의 등장으로 불꽃놀이는 더욱 화려한 모습으로 발전하였다.
오늘날 불꽃놀이의 불꽃이 유난히 빛나는 것은 19세기 중엽부터 생산된 물질인 과염소산칼륨 때문인데, 이 물질은 높은 온도로 가열되면 많은 산소를 발생하여 다른 물질을 잘 타도록 도와주는 성질이 있다. 이러한 성질 때문에 우주 비행선 발사에 과염소산칼륨을 사용하고 있는데, 그 사용량은 우주 비행선 한 대 발사 때에 무려 680여 톤이나 된다.
불꽃놀이에서 중요한 것은 눈부신 광채와 선명한 색깔의 불빛이다. 그러면 눈부신 광채와 아름다운 색깔을 나타내게 하는 물질은 무엇일까? 요즈음 불꽃의 눈부신 광채는 마그네슘과 알루미늄을 태울 때 나타나며, 특별한 색깔은 다음과 같은 화합물을 섞어서 태울 때 나타난다.
특별한 색깔을 나타내는 물질
탈 때 나타나는 색깔
질산스트론튬
붉은색
질산바륨
황록색
황산구리
녹청색
빙정석
노란색
불꽃놀이에서 연화가 화려한 불꽃을 낼 수 있는 데에는 화약과 금속원소 등의 여러 가지 배합제가 불꽃반응과 연소반응을 일으키기 때문이다. 원자가 에너지를 흡수하면 원자의 전자들은 에너지가 높은 궤도함수로 올라가게 되며, 이렇게 들뜬 원자는 가시광선에 있는 특정 파장의 빛을 내면서 에너지를 방출한다. 또한 전자를 들뜨게 하는 에너지는 산화제와 연료 사이의 반응에서 나온다. 즉, 어떤 물질을 겉불꽃 속에 넣었을 때 그 속에 포함된 원소에 따라 독특한 불꽃색을 나타내는 반응을 불꽃반응이라고 한다.
불꽃놀이의 여러 색깔은 금속원소의 불꽃반응을 이용한 것이다. 주로 물질에 포함된 금속성원소에 의해 나타난다. 그리고 순수한 물질로 존재할 때는 물론 다른 물질과 화학적으로 결합한 상태에서도 똑같은 반응이 나타난다. 일반적으로 노란색은 나트륨 이온에서 방출되는 빛에 의한 것이고 붉은색은 스트론튬 염에서 방출되는 광선에 의한 것이다. 그런데 완벽한 푸른색의 불꽃은 실제로 얻기 힘들다. 한때 비소를 함유한 구리염인 녹색 안료를 사용하기도 했지만 너무 독성이 크기 때문에 현재는 사용하지 않고 있다.
원소
불꽃색
원소
불꽃색
알루미늄(Al)
은색(백색)
구리(Cu)
청록색
나트륨(Na)
노란색
스트론튬(Sr)
빨강색
칼륨(K)
보라색
세슘(Cs)
청색
칼슘(Ca)
주황색
바륨(Ba)
황록색
연소반응은 물질이 산소와 결합하여 다른 물질로 변하면서 열과 빛을 내는 현상을 말한다. 불꽃놀이의 경우 발사된 연화가 일정고도에서 파열되어 별을 방출하는데, 이때 용기 속에 들어있던 별들이 360도 모든 방향으로 날아가면서 다양한 빛을 표출하게 된다. 따라서 불꽃놀이의 경우 연소반응을 이용한 것으로 현재에는 화학의 발달로 과거 단순한 폭발음과 섬광의 불꽃놀이에서 더욱 화려하고 아름다운 불꽃연출이 가능하게 되었다. 과거에서 오늘날에 이르기까지 불꽃놀이가 사람들에게 깊은 사랑을 받을 수 있었던 것은 바로 물질의 연소과정에서 강렬한 빛을 내면서 사라지는 모습에 대한 인간의 본능적인 감수성과 깊은 관련이 있기 때문이다.
2) 한국에서의 불꽃놀이
한국에서의 불꽃놀이는 고려시대 시작한 것으로 추측되는데 ‘화산희,’ 화포회 등이 궁중행사에 사용되었다. 불꽃놀이는 나라에서 큰 규모로 하는 화산대와 일반인들이 흔히 하던 줄불 낙화와 딱총놀이가 있었다. 등 놀이 때 불꽃놀이를 같이 했으며 경북 안동군 풍천면 회줄 불놀이가 유명하다.
3) 불꽃놀이와 네온사인
불꽃놀이에 나타나는 색과 네온사인의 뜨겁지 않은 빛은 들뜬 원자나 이온의 발관 때문이다. 불꽃놀이에서의 붉은색은 들뜬 스트론튬 원자를 사용한다. 불꽃반응에서 얻는 것과 마찬가지로 칼륨에서 보라색을, 바륨으로는 초록색을 얻는다. 그러나 파란색은 얻기가 힘들다. 네온사인은 전자의 발견에 중요한 역할을 했던 기체 방전관의 원리를 이용하였다. 낮은 기압으로 봉해진 뒤에 전류가 흐를 때 이온화가 일어나고 기체의 원자나 분자들은 더 높은 에너지로 들뜨게 된다. 그 결과 네온으로부터 나오는 빛은 붉은색이고 아르곤으로부터 나오는 빛은 보라색이다. 다른 색들은 색칠한 유리를 통해 얻는다.
3. 스펙트럼
- 불꽃반응으로 구별하기 어려운 원소는 스펙트럼을 조사하여 구별한다.
1) 스펙트럼 : 빛을 프리즘이나 분광기를 통하여 빛을 관찰할 때 나타나는 일련의 색의 띠로 종류에는 연속 스펙트럼과 선 스펙트럼이 있다.
2) 스펙트럼의 종류
- 연속스펙트럼 : 파장에 따라 색깔의 띠가 연속적으로 늘어선 것
예) 햇빛, 백열전등, 형광등 등
- 선스펙트럼 : 몇 개의 단색광이 무리로 빛나는 선으로 되어 있는 것
예) 원소의 스펙트럼
3) 특징
- 원소에 따라 선 스펙트럼에서 나타나는 선의 수나 위치, 굵기 등이 다르므로 불꽃 반응색이 비슷한 원소도 이를 이용하여 원소를 확인할 수 있다.
- 화학 변화 후에도 원소의 선스펙트럼은 변하지 않는다.
- 여러 원소가 섞여 있는 혼합물에서도 선스펙트럼을 분석하면 화합물 속의 성분 원소를 확인할 수 있다.
- 화학 변화 전과 후의 물질의 스펙트럼이 동일한 것으로 보아 화학 반응이 일어나도 원소는 변하지 않는다는 것을 알 수 있다.

키워드

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