STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 작지만 강한 나노기술 군산대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 주요 과목 관련 과목 (신규/수정보 완) 과학영재교육원 프로그램명 화학, 나노기술 STEM+I S, T 요소 고1 개발차시 4차시 신규 작지만 강한 나노기술 통합과학 주요 적용 학년 구분 군산대학교 기관명 주요 단원 Ⅲ. 변화와 다양성 1. 화학변화 관련 단원 02. 산화와 환원으로 일어나는 다양한 변화 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 주요 수업 개요 차시 주요 활동/내용 1. 산화-환원 반응 : 산소와 전자의 이동으로 설명해보 1 기 2. 일상생활에서 다양한 산화 환원 반응 이해하기 3. 산화-환원 반응실험 1. 나노, 나노화학, 나노기술의 뜻을 이해하기 차시별 2 주요내용 2. 영화 속 상상을 현실로 만들어 줄 나노기술 BEST 3 3. 탄소로 이루어진 나노물질 풀러렌 분자 모형 만들기 (키워드 위주) 1. 연잎효과의 정의 알기 3 2. 나노 돌기와 소수성 용어 이해하기 3. 자연 속 나노기술 연잎효과 실험 1. 나노기술의 활용 4 1) 은거울 반응실험 2) 나노 용액 만들기 준비물 금속 반응성 실험재료 풀러렌 분자 모형 만들기 재료 연잎효과 실험재료 은거울 반응 및 나노 용액 실험재료 [화학] 작지만 강한 나노기술 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 통합과학 대단원명 Ⅲ. 변화와 다양성 수업 차시 차시주제 산화 환원 반응 성취기준 산화와 환원의 정의를 정확히 알고, 거시적세계와 미시적세계를 이해한다. 학습목표 수업단계 1 / 4 1. 산화-환원 반응을 산소의 이동과 전자의 이동으로 설명할 수 있다. 2. 생명현상과 일상생활에서 일어나는 다양한 산화-환원 반응을 설명할 수 있다. 수업자료 및 유의점 교수⋅학습 활동 ▸ 산화-환원 반응이란 무엇일까요? 배움열기 ( 5분) ▸ 오랜 시간이 지나면 종이의 색이 누렇게 변하는데, 이는 종이가 공기 중의 산소와 반응하여 변색되기 때문이다. 산소가 관여하는 반응을 알아봅시다. ▸ 강의주제1: 산화-환원의 정의 및 우리 주변의 산화-환원 반응 1. 산화 : 산소와 결합, 수소의 제거, 전자 잃음. 2. 환원 : 산소의 제거, 수소와 결합, 전자 얻음. 3. 우리 주변의 산화 환원 반응의 예 (광합성, 호흡, 연소 ) 배움활동 ( 35분) ▸ 강의주제2: 산화-환원 반응실험 ( 거시적세계와 미시적세계 연결) 1. 우리 눈에 보이는 금속과 눈에 보이지 않는 금속이온을 통해 화학이 거시적세계와 미시적세계를 연결함을 확인한다. 2. 다양한 금속의 반응을 통해 산화-환원 반응을 이해하고 금속의 상대적인 반응성의 크기를 관찰한다. ▸ 평가 : 금속의 활동도 서열 이해, 거시적세계와 미시적세계 연결 배움정리 ( 10분) ▸ 정리 : 금속의 산화 환원 반응을 과학자처럼 생각해보기 ▸ 차시 예고 : 나노와 나노화학이란 무엇일까? 군산대학교 과학영재교육원 · 3 2022년 STEM+I 생각교실 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 통합과학 대단원명 Ⅲ. 변화와 다양성 수업 차시 차시주제 나노, 나노화학, 나노기술 성취기준 나노, 나노화학, 나노기술의 정의를 이해하고 나노 수준의 분자 모형을 만들기 학습목표 1. 나노, 나노화학, 나노기술의 뜻을 이해하고, 우리 일상에서 어디에 사용되는지 안다. 2. 영화 속 상상을 현실로 만들어 줄 나노기술 BEST 3을 알아본다. 수업단계 교수⋅학습 활동 ▸ 나노와 나노화학 그리고 나노기술이란 무엇일까? 배움열기 ( 5분) ▸ 접두사는 큰 단위나 작은 단위를 나타낼 때 편리하게 사용할 수 있습니다. 다양한 접두사 중 나노(n)는 10억분의 1을 나타내는 단위로, 난쟁이를 뜻하는 고대 그리스어 나오스에서 유래되었습니다. ▸ 강의주제1: 나노, 나노화학, 나노기술의 정의 및 우리 주변에서 사용되는 것 1. 나노란 10-9 2. 나노화학 : 화학, 재료학, 물리학과 같은 순수과학 및 공학뿐만 아니라, 생물학과 의학까지 다양한 분야에 응용 됨. 3. 나노기술 : 원자, 분자의 결합 구조를 바꿔 새로운 물질로 바꿀 수 있는 기술 배움활동 ( 35분) 4. 일상생활 속 나노기술 : 마스크, 에어컨, 세탁기, 노트북, 자동차 등 ▸ 강의주제2: 나노기술과 관련있는 영화 BEST 3 1. 영화 : 스파이더맨, 아이언맨, 지.아이.조 2. 미국 과학자 레이 커즈와일의 예측 3. 풀러렌 분자 모형 축구공 만들기 ▸ 평가 : 나노화학과 나노기술 이해, 영화 속 나노의 세계를 공감, 분자 모형 만들기 배움정리 ( 10분) 2 / 4 ▸ 정리 : 나노기술을 통한 우리 생활의 편리함과 미래에 접목될 부분들 이해하기 ▸ 차시 예고 : 나노기술 : 연잎효과란 무엇일까? 4 · 군산대학교 과학영재교육원 수업자료 및 유의점 [화학] 작지만 강한 나노기술 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 통합과학 대단원명 수업 차시 Ⅲ. 변화와 다양성 차시주제 자연 속 나노기술 연잎효과 성취기준 연잎효과의 원리를 이해하고 유리판과 종이를 이용해 연잎효과를 확인해 본다. 3 / 4 1. 연잎효과를 확실히 이해한다. 학습목표 2. 산화아연과 스테아르산을 이용하여 유리판과 종이를 코팅하고, 코팅되지 않은 것과 다른 점을 관찰해 본다. 수업단계 수업자료 및 유의점 교수⋅학습 활동 ▸ 물이 연잎에 떨어진 모습을 본 적이 있나요? 배움열기 ( 5분) ▸ 연잎 위에서 물방울은 동그란 공 모양을 유지하며 굴러다니거나 미끄러져 내린다. 이 과정에서 연잎 표면의 먼지까지 물방울과 함께 떨어져 내려 연잎은 언제나 깨끗한 상태를 유지합니다. ▸ 실험원리 : 연잎효과와 나노 돌기와 소수성의 정의 알기 1. 연잎효과란 : 잎이 물방울에 젖지 않는 현상을 말한다. 연잎의 미세한 나노구조가 연잎에 떨어진 물을 구슬 모양으로 뭉치면 물방울이 수은처럼 굴러가면서 표면의 오염물질을 제거해준다. 배움활동 ( 35분) 2. 나노 돌기와 소수성 : 나노 돌기는 물과 서로 겉도는 성질 물과 표면이 접촉하는 각도가 90도보다 작으면 친수성을, 이보다 크면 소수성을 띤다. 연잎 위에서 동그란 모양을 형성 ▸ 실험주제 : 연잎효과 1. 산화아연 용액과 스테아르산 용액 만들기 2. 실험방법에 맞춰 유리판과 종이에 코팅하기 3. 코팅된 물질과 일반 물질의 변화 관찰하기 ▸ 평가 : 코팅된 유리판과 종이에 물을 뿌려 어떤 결과가 있는지 확인 배움정리 ( 10분) ▸ 정리 : 우리 주변에 있는 연잎효과를 통해 나노기술을 확인 ▸ 차시 예고 : 화학반응 중 은거울 반응과 나노 용액 만들기 군산대학교 과학영재교육원 · 5 2022년 STEM+I 생각교실 2 교수 ․ 학습 지도안 프로그램 명 작지만 강한 나노기술 교과명 대단원명 통합과학 Ⅲ. 변화와 다양성 수업 차시 4 / 4 차시주제 화학반응 ( 은거울 반응, 나노 용액 만들기 ) 성취기준 산화-환원 반응을 이용해 나노입자 크기의 은거울 실험 및 용액의 변화된 특성 확인 학습목표 1. 화학반응에서 일어나는 산화와 환원 반응을 이용해서 은거울을 직접 만들어 본다. 2. 화학반응에서 일어나는 산화와 환원 반응을 이용해서 나노입자를 직접 만들어 본다. 수업단계 교수⋅학습 활동 ▸ 산화-환원 반응의 정의를 기억하고 있나요? 배움열기 ( 5분) ▸ 오늘은 산화 환원 반응 중 은거울 반응과 나노 용액을 만들어 일반 물질과 어떻게 다른지 확인해 보는 시간을 갖도록 합시다. ▸ 실험원리 : 산화와 환원 1. 산화 : 화학 반응에서 산소와 결합, 수소 제거, 전자를 잃음 2. 환원 : 화학 반응에서 산소 제거, 수소와 결합, 전자를 얻음 3. 화학반응 (환원 반응) : Ag+(aq) + e- → Ag (s) 4. 나노입자 만들기 : Ag + 환원제 → Ag↓ + ... 은을 환원시켜 나노입자를 만듦 배움활동 ( 35분) ▸ 실험주제 : 은거울 반응, 나노 용액 만들기 1. 질산은 용액과 붕소수소화소듐 용액 만들기 2. 실험방법에 맞춰 은거울 반응실험과 나노 용액 만들기 3. 일반 물질과 나노 용액에 레이저 포인터를 비췄을 때 변화 관찰 ▸ 평가 : 은거울 반응과 나노 용액 만들기의 실험 결과 확인하기 배움정리 ( 10분) ▸ 정리 : 산화-환원 반응, 나노기술을 확인 ▸ 차시 예고 : 6 · 군산대학교 과학영재교육원 수업자료 및 유의점 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 주는 친구와 받는 친구 대진대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 대진대학교 과학영재교육원 프로그램 이름 주는 친구와 받는 친구 2015개정 과학과 교육과정(중학교): 주요 과목 과학 관련 단원 물질의 구성 (원자핵과 전자, 이온, 이온식), 전기와 자기 (전류와 전압), 관련 과목 과학 관련 단원 STEM 요소 S, T, E 지역 차시 4 개발자 ○ 화학반응 중 가장 중요한 유형인 산화-환원 반응을 학습한 주요 수업 개요 다.(S) ○ 산화-환원 반응은 원소로부터 화합물의 생성, 모든 연소 반응, 전지에서 전기를 발생하는 반응 등을 포함한다.(S) ○ 건전지에서 일어나는 산화-환원 반응을 알아본다.(E, T) 1차시 : 세상에서 일어나는 화학변화는 무언가를 주는 것과 받는 것 으로 되어 있다. “자라나는 은’ 실험 수행”. 차시별 주요내용 (키워드 위주) 2차시 : 대부분의 화학반응들은 전자를 주는 물질과 받는 물질과의 반응이다. “갈바니 전지 만들기 실험 수행”. 3차시 : 힘센 전자는 여러 가지 일을 하면서 힘없는 전자가 된다. “전자 펜 만들기 실험 수행” 4차시 : 도금과 합금을 통해 동전의 색깔을 바꿔 본다. “금화, 은화 만 들기 실험 수행”. 4. 학습 활동 주요 내용 4-1. 1차시 : 주는 친구와 받는 친구 가. 개요 주제 세상에서 일어나는 화학변화는 무언가를 주는 것과 받는 것으로 되어 있다. ○ 화학변화는 무언가를 주는 물질과 받는 물질 간의 거래라는 것을 이해 학습목표 할 수 있다. ○ 전자를 주고받는 물질 간의 화학반응을 실험을 통해 설명할 수 있다. ○ 세상을 이루는 물질(에너지)들의 총합은 일정하다. 따라서 변화란 무언가 주요내용 가 한쪽에서 다른 한쪽으로 이동하는 거래라는 것을 이해한다. ○ 화학 반응에서 전자의 이동을 알아본다. ○ ‘자라나는 은’ 실험을 진행한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝트, 페트리 접시, 질산은, 비커, 한천, 구리테이프, 정제수, 유리막대, 비닐장갑 나. 생각 열기 우리가 느끼는 세상의 법칙 중에는 “에너지보존의 법칙”이 있다. 세상의 “에너지의 총합은 일정하다는 것”으로 물리학의 바탕이 되는 법칙이다. 에너지는 그 형태를 바꾸거나 다른 곳으 로 전달 할 수 있을 뿐 생성되거나 사라질 수 없다. 그렇다면 우리가 변화라고 하는 것은 어때 야 할까? 총합은 일정하니 변화란 무언가가 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하는 것임 알 수 있다. 무언가가 에너지일 수도 있고 전자일수도 혹은 수소일 수도 있다. 우리는 상황에 따라 각각을 흡열-발열, 산화-환원, 산-염기 반응으로 구별하여 부른다. 이러한 주고받음은 인문학적인 용어 로 다른 설명으로도 이용된다. - 6 - 4-2. 2차시 : 전자 좀 있니? 가. 개요 주제 대부분의 화학반응들은 전자를 주는 물질과 받는 물질과의 반응이다. ○ 원자로부터 화합물의 생성, 모든 연소 반응, 전지에서 전기를 발생하는 학습목표 반응들이 모두 전자의 이동과 관련된 반응이라는 것을 이해할 수 있다. ○ 전자의 이동으로 전지에서의 반응을 이해할 수 있다. ○ 화학 반응식에서 중성인 원자는 무엇이고 이온은 무엇인지 찾아보자. 주요내용 ○ 갈바니 전지에서 전자를 주는 물질과 받는 물질이 무엇인지 생각해보자. ○ 갈바니 전지 실험을 진행한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝터, 염화칼륨, 황산아연, 염산 수용액, 구리판, 아연판, LED 전구, 비커, 소형막대, 홈판, 비닐장갑, 정제수, 투약병 나. 생각 열기 물질은 전자를 화폐처럼 주고받음으로서 산화-환원 반응을 하는 것을 알 수 있었다. 하지만 여기에 궁금증이 하나 생기지 않는가? 왜 어떤 물질은 전자를 주는 것이 편하고 혹은 받는 것 이 편할까? 단순히 생각하면 전자가 주는 것이 편한 물질은 주고 나면 안정해지는 것이다. 즉, 자연에 존재할 수 있는 상태가 되는 것이다. 우리는 앞서 안정하다는 것은 자연에 존재하기 용 이한 상태라고 언급한 적이 있다. 또 이런 걸 생각해보자. 물질이 전자를 주고받으려면 어디엔 가 전자를 보관할 수 있어야 하지 않을까? 쉽게 말하면 전자를 보관할 수 있는 주머니가 있어 야 하지 않을까? 이제 주머니에 대해 이야기 해보자. 아래 그림을 통해 주머니에 대한 정보를 정리해 보자. 전자의 주머니는 핵의 양성자(+)가 만 들어내는 양의 기운으로 음의 전자를 당기는 힘에 의해 전자를 담을 수 있는 주머니를 만든다. 전자 주머니가 양성자에 가까우면 주머니에 들어있는 전자는 쉽사리 빠지지 않는다. 반대로 주 머니가 양성자에서 먼 곳에 있다면 전자는 쉽게 빠질 수도 들어갈 수도 있다. 그리고 주머니는 그림처럼 아래부터 일정한 수의 전자가 채워지면 위쪽 방향으로 채워 올라간다. 그럼 산화-반 응 반응을 주머니 개념을 이용하여 생각해보자. - 12 - 4-3. 3차시 : 힘센 전자와 힘없는 전자 가. 개요 주제 학습목표 힘센 전자는 여러 가지 일을 하면서 힘없는 전자가 된다. ○ 건전지를 전자를 주는 물질과 받는 물질과의 반응으로 설명할 수 있다. ○ 직렬, 병렬 회로를 통해 전류와 전압을 이해할 수 있다. ○ 전자를 주고 받는 반응으로 전기를 만들 수 있다. ○ 건전지는 자신의 내부에 들어있는 물질의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 주요내용 ○ 음극의 힘센 전자가 양극으로 가면서 일을 하는데 이것은 마치 높은 곳 에 있는 물이 내려오면서 물레방아를 돌리는 것과 비슷하다. ○ 건전지를 이용한 전자펜 실험으로 그림 그려 본다. ○ 전자펜의 양극과 음극에서 일어나는 반응을 이해한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝터, 비커, 정제수, 요오드화칼륨, 면봉, 건전지, 도선, 녹 말을 포함하는 종이 나. 생각 열기 산화-환원 반응을 이용해 갈바니 전지를 만들어 보았다. 주는 친구로 구성된 전극이 산화되 면서 생성된 전자는 전선을 따라 이동하면서 LED를 환하게 키고 환원이 일어나는 전극에 도달 하여 받는 친구에 다시 구속되는 것을 관찰하였다. 전자가 이동하면 어떻게 LED를 켤 수 있을 까? 아마도 생성된 전자는 힘센 전자로 자신이 가지고 있는 에너지를 사용하여 LED의 불을 밝 히는 것으로 생각할 수 있을 것이다. 불안정한 힘센 전자는 불을 밝히며 자신의 에너지를 소모 하고 보다 안정한 상태로 변화하는 것일 것이다. 이것은 마치 높은 곳에 있는 공이 떨어지면서 위치에너지가 운동에너지로 바뀌고 마침내 바닥에 부딪혀 소리와 열에너지로 일을 하는 것과 같다. 불안정한 상태의 힘센 전자는 안정한 상태의 약한 전자가 되면서 에너지를 소모하게 되 는데, 이러한 에너지를 전기에너지라고 부르고 전기에너지는 LED를 통해 빛에너지로 변환되어 우리가 느낄 수 있는 것이다. 앞에서 언급한 전자 주머니로 힘센 전자와 약한 전자의 개념을 아래 그림으로 간단히 도시해 보았다. - 20 - 4-4. 4차시 : 은화, 금화 만들기 가. 개요 주제 도금과 합금을 통해 동전의 색깔을 바꿔 본다. ○ 도금과 합금의 원리를 이해할 수 있다. 학습목표 ○ 동전의 색을 바꿔보는 실험을 통해 금속에서 전자를 주고 받는 것을 이 해할 수 있다. ○ 도금과 합금에 대해 알아본다. ○ 전자를 주는 금속과 받는 금속에 대해 알아본다. 주요내용 ○ 금속이 보통 전자를 쉽게 주는 친구라는 것을 이해하고 어떤 금속이 전 자를 주기 쉬운 친구인지 찾아본다. ○ 은화, 금화 만들기 실험을 진행한다. 준비물 컴퓨터, 빔 프로젝터, 비커, 정제수, 수산화나트륨, 아연가루, 가열기구, 10 원짜리 동전 나. 생각 열기 십원짜리 동전의 색깔을 바꿔보자. 동전 전체를 바꾸는 것이 아니라 동전의 표면만 다른 색 을 갖게 만들어 보자. 전자를 잘 주는 아연을 이용해서 동면의 표면을 은색의 얇은 막으로 덮어보자. 이런 현상을 도금이라고 한다. 도금의 원리가 산화- 환원 반응 을 이용하는 것이라고 하니 어떻게 된 건지 알아보자. 도금된 아연을 불로 달구며 금색으로 변 하는데 은색이 어떻게 금색이 될까 상상해 보자. 다. 배경 지식 1) 도금 이란? 금속의 표면이나 비금속표면에 다른 금속을 사용하여 얇게 덮는 것을 도금이라고 한다. 이 런 얇은 막을 만드는 방법으로서는 전기도금, 화학도금, 용융도금. 진공 도금, 이온 도금 등이 있다. 이중 대표적인 전기도금은 전기에너지를 이용하여 금속에 다른 금속의 막을 만들어 주는 방법이다. 장식품, 공업 용품 등 용도가 가장 넓다. 아래 왼쪽 그림은 구리 (Cu)를 다른 금속 (Me)에 도금하는 방식을 그린 것이다. 건전지의 음극에 있는 주는 친구가 힘센 전자를 금속 (Me)에 전달하며, 힘센 전자는 금속을 따라 흘려 용액에 있는 받는 친구 구리이온 (Cu2+)을 만 나게 된다. 받는 친구는 힘센 전자를 받아 구리로 환원이 되고, 중성인 구리는 물에 녹지 않기 때문에 금속 표면에 붙어 남게 된다. 이런 방법을 반복적으로 진행하면서 금속은 구리로 도금 되게 된다. 그럼 건전지 반대쪽인 양극의 받는 친구는 어떤 일을 할까? 건전지의 받는 친구는 - 27 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2020 금속 착화합물의 성질과 반응성을 이용한 나만의 사진 만들기 경북대학교 과학영재교육원 2020년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관 명 프로그램 이름 주요 과목 경북대학교 영재교육원 금속 착화합물의 성질과 반응성을 이용한 나만의 사진 만들기 화학 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 화학반응, 산화와 환원 반응, 산과 염기 반응 관련 단원 S, T, E 지역 차시 5 개발자 ① 금속 착화합물을 제조 및 반응성을 이해하고 농도를 모바일폰 주요 수업 개요 으로 확인한다. ② 금속 착화합물을 이용한 광반응을 통하여 자신이 원하는 사진 을 만들어 본다. 1차시: 산·염기 반응, 화학 결합, 루이스 구조, 전이 금속, 산화·환원 반응 차시별 2차시: 프러시안 블루, 광반응, 감광제, 분광학, 전자 전이 주요내용 3차시: 철(III) 이온, 옥살산 음이온, 화학 반응, 화학 결합 (키워드 위주) 4차시: 감광 용액과 감광지의 제조, 빛을 이용한 산화·환원 반응 5차시: 사진의 색조, 광반응의 역할, 프러시안 불루의 역할, 반응 메카니즘 의 이해 STEM 생각 교실 차 시 1 [ 수·과학 수업 차시대체용 프로그램(교사용) ] 제목: 산화-환원 반응을 이용한 사진 만들기 학년 고등학교 2학년 ☑ 과학 ☑ 수학 ☑ 기술/공학 □ 기타( ) 관련 교과 수업 유형 ☑ 비대면(동영상) [학습 목표] 화학적 사진 현상의 원리를 파악하기 위한 기초적인 화학적 개념을 설명할 수 있다. [주요 학습 개념] □ 비대면(실시간) □ 대면 본 프로그램에서는 산화-환원 반응을 기반으로 사진이 현상되는 과정을 수행하면서 물질의 구조와 성질, 화학 반응과 화학 결합, 산과 염기, 산화-환원의 개념과 광분해 프로그램 개요 화학적 사진 현상을 이해하기 위한 기본 개념 반응 등에 대해 탐구를 수행한다. 학습한 화학적 개념과 원리를 적용하여 여러 가지 배위 결합 화합물의 구조와 특성을 이해하고 빛에 의해 유발되는 산화-환원 반응을 이용하여 원하는 사진을 만들어 보고 학습한 화학 개념이 어떻게 적용되는지 이해하 고 학생들 간에 서로 공유한다. 산과 염기, 화학 결합, 루이스 구조, 전이 금속, 산화-환원 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 이론적 배경 가. 산과 염기 1) Arrhenius 산과 염기: 산은 물과 반응하여 수소 이온을 형성하는 화합물이고, 염기는 물과 반응 1. 화학적 사진 현상의 원리와 관련된 기초적인 화학 개념과 원리를 설명할 수 있다. 하여 수산화 이온을 생성하는 화합물로 정의한다. 2. 화학적 사진 현상의 원리와 관련된 핵심적인 화학 개념과 원리를 설명할 수 있다. 3. 실험 안전에 유의하며 필요한 감광제를 제조할 수 있다. 학습 목표 4. 실험 안전에 유의하며 광반응 실험을 통해 사진을 제작할 수 있다. 5. 사진의 제작을 통해 과학적 개념과 원리의 적용을 체험하고 과학과 연계된 다른 교과 영역에 대해 이해할 수 있다. 소주제 화학적 사진 현상의 원리를 1차시 파악하기 위한 기초적인 화학 2차시 관련된 핵심적인 화학 개념 암모니아가 물과 반응하여 암모늄 이온과 수산화 이온이 생성된다. 이 때 수산화 이온을 생성하 므로 암모니아는 Arrhenius 염기라고 할 수 있다. 하지만 Arrhenius 산과 염기의 정의는 물이라 는 특정 용매에 한정되어 있어 고체, 비수용액 액체 상태일 때는 설명할 수 없다. 수업 유형 주요 내용 산·염기 반응, 화학 결합, 루 강의식 이스 구조, 전이 금속, 산화· 개념 확인 화학적 사진 현상의 원리와 강의식 확인 프로그램의 개요   NH aq  HO l → NH aq  OH aq 2) Brønsted-Lowry 산과 염기: 산은 양성자를 내어놓는 물질이고, 염기는 양성자를 받아들이는 물 질이다.   HClaq  HO l → H O aq  Cl aq 환원 반응 염화수소는 물에서 수소 이온을 내놓아 Brønsted-Lowry 산으로 작용하고, 물은 수소 이온을 받 프러시안 블루, 광반응, 감광 아서 하이드로늄 이온이 되므로 Brønsted-Lowry 염기로 작용한다. 그리고 염산은 수소 이온을 제, 분광학, 전자 전이 내어 놓았기 때문에 Arrhenius 산으로 간주될 수 있다. 3) Lewis 산과 염기: Lewis는 산은 전자쌍 받개, 염기는 전자쌍 주개로 정의하였다. Lewis 산은 3차시 4차시 감광제로 사용할 배위화합물 의 합성 및 확인 감광 용액과 감광지의 제조 및 나의 사진 만들기 만든 사진을 비교 평가, 문제 5차시 해결과정과 산출물에 대해 분 석 및 발표 실험 실험 강의식 철(III) 이온, 옥살산 음이온, Brønsted-Lowry 산과 염기 정의에서 금속 이온과 전자쌍 받개까지 포함하여 정의가 확장되었 화학 반응, 화학 결합 다. 금속 이온은 대체로 전기음성도가 낮고, 이온화 에너지와 전자 친화도도 낮아 양이온으로 존 감광 용액과 감광지의 제조, 고립 전자쌍이 있는 분자나 음이온이 전자쌍을 제공할 때 Lewis 염기로 간주한다. 빛을 이용한 산화·환원 반응 사진의 색조, 광반응의 역할,    Ag  NH  → AgNH   프러시안 불루의 역할, 반응 메카니즘의 이해 - 1 - 재한다. 양이온은 전자가 부족한 성질을 지니고 있어 전자를 받아서 결합하려는 성질을 가진다. 은 이온은 전자쌍을 받아 결합을 형성하므로 Lewis 산이고, 암모니아는 전자쌍을 제공하므로 Lewis 염기이다. - 2 - 여 결합하는 한자리 리간드, 여러 쌍을 줄 수 있는 킬레이트 리간드로 구분함. 차 시 배위수 모양 2 직선모양 3 정삼각형 화학적 사진 현상을 이해하기 위한 핵심 개념 2 중심 원자에 배위되는 수에 따라 배위수를 결정함. 4 정사면체, 평면사각형 6 정팔면체 8 정육면체 [학습 목표] 배위 화합물이 형성되면 기존에 가지고 있는 금속이나 리간드의 성질이 대체로 달라짐. 화학적 사진 현상의 원리를 파악하기 위한 핵심적인 화학적 개념을 설명할 수 있다. 다. 산화-환원 반응 ○ 산화-환원 반응을 정리해보자. [주요 학습 개념] <모범 답안> 산화(oxidation): 어떤 화학종에서 산소를 얻거나 전자를 잃는 반응 환원(reduction): 어떤 화학종에서 산소를 잃거나 전자를 얻는 반응 프러시안 블루, 감광제, 광반응, 분광학, 전자 전이 *전기음성도가 큰 원소들은 전자를 얻어 환원하는 경향이 크고, 전기음성도가 작은 원소들은 전자를 잃어 산화 하는 경향이 큼 [수업 계획 및 활동 과정] 산화-환원 반응(산화수)의 조건 1. 이론적 배경 1. 산화-환원 반응에서 전자가 이동할 때 전하량 보존의 법칙을 지킴 2. 중성 분자에서 산화수의 합 = 0, 이온인 경우 → 이온의 전하량 = 산화수의 합 가. 프러시안 블루(Prussian blue) 3. 알칼리 금속 = +1, 알칼리 토금속 = +2 4. 플루오린 = -1, 다른 할로젠 원소는 다른 할로젠 원소와 결합하여 다른 산화수를 가질 수 있음 프러시안 블루는 1706년에 발견되어 현재까지 사용되는 청색 염료이다. 화학식은 Fe  Fe CN   5. 수소 = +1, 예외, 금속 수소화물 = -1(3의 규칙이 우선) 로 Fe III 양이온과 배위 화합물인 헥사사이아노철II산 음이온이 결합한 3차원 그물구조를 가진 6. 산소 = -2, 예외, 플루오린과 만나면 양의 산화수, 과산화수소 = +1 배위 결합 화합물이다. 구조는 정육면체 형태로 매우 안정하다. 정육면체 내부는 다공성 구조로 가스  전이 금속의 경우 주족원소에 비해 더욱 여러 종류의 산화수를 가질 수 있으며, 이유는 d-오비탈에 분포하는 흡착 성질을 보여준다. CN 전자들은 내부의 s나 p 오비탈에 있는 전자들에 비해 핵전하량을 잘 가리지 못하여 여러 종류가 나타나지만 동 블루를 형성하여 탄소 원자와 질소 원자가 모두 배위하는 3차원 구조를 형성하면 독성이 없는 물질 리간드는 그 자체로는 매우 독성이 강한 이온성 물질이지만 프러시안 일 주기에서 경향을 보면 일정 수준 이후부터 감소하는 이유는 유효핵전하의 크기가 증가하기 때문 이 된다. 이것은 세슘 등 중금속과 잘 결합해 배출되어 체르노빌 사태 등에서 중증 방사선 오염의 치료제로 사용했다. 전이 금속 이온이 포함되어 있어서 홀전자가 d-궤도함수에 존재하고 이들이 CN 라. 정리하기  리간드를 통하여 강한 자기적 상호작용을 하기 때문에 분자 자성 물질로 이용되고 있다. 1) Brønsted-Lowry 산으로 작용하는지 찾고, 짝염기의 화학식을 나타내시오.  (a) Cl  (b) NH (c) HO Brønsted-Lowry 산 짝염기의 화학식 (b) (c) NH OH  프러시안 블루 2) 다음은 배위 결합인 K Feox ∙3H2O와 옥살산 이온의 구조를 나타낸 것이다. 물음에 답 하시오. 3 O O O O (K+)3 Fe O O O O O O 3H2O O C O O O C O C O O C O O O 프러시안 블루와 유도체 (a) 철(III) 화합물의 배위수는? 6배위 (b) 리간드의 종류는 (두 자리 리간드 또는 킬레이트 리간드) 이다. - 7 - - 8 - 차 시 3-4 라. 전하 이동와 색 감광제의 제조, 감광된 종이 제작 및 사진 현상 ○ 우리 눈에 화합물에 색이 나타나는 이유를 서술하시오. 화합물을 형성하면 리간드와 금속 간의 새로운 MO를 형성하게 된다. [학습 목표] 특정 에너지를 흡수하여 채워진 궤도함수의 전자가 들뜨게 되어 LUMO를 점유하게 될 때 우리 눈에 색이 흡수한 색의 보색이 보이게 된다. 화합물의 색은 용매의 종류에 따라서 달라지기도 하는데 용 매와 화합물의 상호작용의 크기가 클수록 새로운 궤도함수를 형성하게 되고 이에 따라 흡수하는 에 너지의 크기도 달라지게 된다. 감광제를 바르게 제조할 수 있는 방법을 상기하며 실험에 참여할 수 있다. 감광된 종이로 산화-환원 반응을 이용한 화학적 사진 현상 활동을 할 수 있다. [주요 학습 개념] 감광제 원리, 결정, 감압장치, 빛의 종류, 빛을 쪼여준 시간 등에 따른 현상된 사진의 색 변화 확인 [수업 계획 및 활동 과정] 1. 실험 준비물 가. 감광제 합성: 삼각 플라스크, 비이커, 메스실린더, 감압 플라스크, 부흐너 깔때기, 거름종이, 유산지, 약숟가락, 저울, 가열교반기, 유리막대, 바이알, 양푼이, K  C  O  ∙ H  O (K  ox ∙ H  O , C2O4 = ox, C2O42- = ox2-), FeCl ∙ H  O , 증류수, 아세톤, 얼음 나. 감광용액이 발린 감광지: 부피 플라스크, 비이커, 스포이드, 저울, 메스실린더, 바이알, 수채화 종이, 붓, H2SO4, 증류수, K  Fe ox  ∙ H  O , K  Fe CN  , K  Co CN   다. 사진 만들기: 사진건판 이미지, 자외선 램프(없을 시 태양광을 이용), 증류수, 과산화수소수, 넓은 양 푼이, 핀셋, 유리판 2. 실험 수행 가. 감광제(K  Fe ox  ∙ H  O )의 합성 1) 100 mL 삼각플라스크에 2.76 g의 K  C  O  ∙ H  O 의 무게를 재어서 7 mL의 증류수에 녹이고 가 열한다. 이때, 용액이 끓을 정도로 가열하지 않는다. 2) 50 mL 비커에 1.49 g의 FeCl ∙ H  O 의 무게를 재어서 넣고 3 mL의 찬 증류수에 넣어서 녹인 다. 3) 1)에서 제조한 옥살산 칼륨 수용액에 2)에서 만든 철(III) 수용액을 천천히 가하면서 잘 섞어준 다. 4) 강한 햇빛을 차단하고 위의 혼합 용액을 얼음물에서 결정이 생길 때까지 기다린다. 5) 결정화된 생성물을 감압장치를 이용하여 거르고, 침전물을 약 10 mL의 아세톤으로 씻어서 말린 후, 무게를 재어 수득률을 구한다. 6) 얻어진 철(III) 배위화합물을 햇빛이 차단된 곳에서 보관한다. - 13 - - 14 - 차 시 5 감광이 쉽게 일어나는 것은 감광 용액과 K3[Fe(CN)6] 또는 K3[Co(CN)6]이 함께 있기 때문에 빛에 의해 감광되는 효 화학적 사진 현상의 원리 확인 및 반성 과를 강화시킨 것이 된다. 즉, K  Fe ox  ∙ H  O 이 감광될 때, 감광되고 나면 프러시안 블루 혹은 그 유도체 가 쉽게 형성될 수 있기 때문에 정반응이 잘 일어나는 것이다. 이것은 르샤틀리에 원리에도 부합되는 그런 반응이 라고 할 수 있다. 이 단계의 반응은 반드시 이해하고 설명할 수 있어야 한다. [학습 목표] 실험을 수행한 후 사진의 현상된 결과를 토대로 반응에 대한 고찰을 하고 수행 과정 중의 문제점을 발견하여 토론해 보도록 하는 것이 필요하다. 예를 들면, 산출물(사진)의 색깔의 대비가 좋은지를 확인할 수 있다. 즉, 진 사진의 제작을 통해 과학적 개념과 원리의 적용을 체험하고 과학과 연계된 다른 교과 영역에 대해 이해할 수 있다. 하기가 적당한지를 조사한다. 그리고 실제 사진과의 차이점이 무엇인지 알아본다. 사진이 흐려보이게 되었을 때 무엇이 문제인지 생각해 본다. 그리고 사진의 색깔 종류를 바꿀 수 있는지 토론해 본다. 마지막으로 어떻게 하면 좋은 사진을 얻을 수 있는지 고찰해보도록 한다. [주요 학습 개념] 본 프로그램을 통하여 배위 화합물의 화학 결합과 화학 반응을 실제 응용할 수 있는 기술적인 측면을 알게 됨 으로써 과학의 내용이 새로운 기술 발전에 사용되거나 기여하게 됨을 인식할 수 있게 된다. 이로써 우리가 과학을 프러시안 블루, 감광제, 산화-환원 반응, 전자 전이 배우는 목적을 깨닫게 될 것으로 생각된다. [수업 계획 및 활동 과정] 사진술은 인물이나 풍경 등을 종이 위에 옮겨 놓는 것으로 그 과정이나 기술이 여러 가지가 포함되어 복잡하 다. 이런 과정 중에서 화학물질과 관련된 감광제의 제조와 감광을 통한 사진의 현상을 하는 것이 본 프로그램의 내용이다. ■ 관련 자료 (읽기 자료 포함) 프로그램과 관련된 자료 포함 프러시안 블루와 그 유도체는 전이 금속 이온(철을 포함)들이 CN- 리간드로 연결되어 3차원 다공성 그물 구조 를 이룬다. 3차원의 강한 결합으로 연결되어 있는 프러시안 블루와 그 유도체는 고체 상태에서 매우 안정하다, 그 리하여 사진으로 현상된 후 사진 내용이 오랫동안 보존될 수 있게 된다. 또한 사진 색깔도 변화되지 않을 것으로 예측된다. 본 프로그램에서 철(III) 배위 화합물이 감광제로 이용되었고 감광된 후 방출된 철(II) 이온이 프러시 안 블루가 형성됨에 기여함으로써 열역학적으로 구조적으로 안정하고 특정 색을 띠는 물질로 바뀜으로써 사진술에 ① 프러시안 블루(Prussian Blue, ca 1706, 화학식은 Fe4[Fe(CN)6]3)는 짙은 파란색 물감(유화용 물감) 또는 그 색을 말한다. 주로 염료로 사용되었다. 독일(프로이센) 염색 업자인 디스바하(Johann Jacob Diesbach)는 1706년쯤에 딱정벌레를 갈아서 얻은 코치닐(cochineal)로부터 빨간색의 염료를 만들려고 시도하였는데, 놀랍게도 파란색의 물질을 얻었다. 그 후 2년 이내에 합성 블루 페인트가 프러시안 블루 로 시장에 판매되었다. 디스바하에 의해서 발견된 후 디펠(Dippel), 드 피에르(De Pierre)들의 연구· 유용한 방법임을 알 수 있다. 감광제는 빛에 의해 반응이 일어나 다른 물질로 변화되는 물질이다. 즉, 빛의 양이나 강도에 의해 감광제가 변화되는 정도가 차이가 난다. 이것은 사진 건판의 음영에 따라서 빛의 투과가 다르다는 것을 의미하며 그리하여 감광 후 변화된 물질의 양도 차이가 나게 되는 것이다. 그 결과 포함되어 있는 K3[Fe(CN)6] 또는 K3[Co(CN)6]과의 프러시안 블루 또는 그 유도체의 형성되는 양에 차이가 있어서 색깔의 강도가 달라짐으로 현상된 사진에서 색조의 차이가 나고 사진 건판의 그림이 나타나게 되는 것이다. 본 프로그램에서 가장 중요한 내용이라고 할 수 있다. 본 프로그램을 수행함으로써 유기물, 금속이온으로 구성된 배위 화합물의 화학 결합에 대하여 이해할 수 있고 또한 화학 반응(광반응, 라디칼 반응, 산화-환원 반응) 등을 이해할 수 있게 된다. 이러한 화학 반응은 전자 전이 와 밀접하게 관련되어 있음을 확인하게 된다. 즉 배위 화합물이 화학 반응을 거치면서 사진을 현상하는 사진술을 학습하게 됨으로써 화학 물질, 화학 결합, 화학 반응 등이 사진술이라는 것에 적용되는 원리와 응용성에 대하여 개량에 의해서 1750년 경까지 널리 사용되게 되었다. 성분은 페로시안화 철의 수화물이며, 페로시안화 칼륨 용액에 염화 철(III)을 가하여 만든다. ② 카메라는 두 가지 필수적인 구성으로 이루어진다. 하나는 빛을 모아 초점을 맞추는 렌즈이며, 다른 하나는 렌즈를 통해 보인 이미지를 만들어 내는 것으로 빛을 이용하여 감광지의 화학물질을 감광시킴으 로써 이미지를 구현하는 것이다. 현재에는 디지털 이미지 센서를 가진 카메라가 사용되고 있다. 카메라 의 기원은 camera obscura (Latin for “dark room”)로 벽에 작은 구멍이 있는 창이 없는 방을 의미하 였다. 구멍으로 들어가는 빛은 벽 밖에 있는 모습을 거꾸로 된 이미지를 만든다. 예술가들은 이미지를 추적하는데 도와주는 것으로 이 장치를 사용하였다. 후에 큰 빛 배제하는 상자의 형태로 들고 다니는 용도가 되었다. 본 프로그램과 관련이 깊은 것은 렌즈가 아니고 감광 화학물질에 대한 것이다. 감광 화 알 수 있게 된다. 광반응과 산화-환원 반응이 화합물에서 일어날 수 있음을 알 수 있다. 사실 광반응은 빛에 의하여 화합물이 변화되는 반응인데 이것 역시 산화-환원 반응의 일종이라고 할 수 있다. 광반응은 화학 반응이 일어나는 에너지원 이 열이 아니고 광(빛)이라는 것이다. 대표적으로 잘 알려진 광반응이 식물에서 일어나는 광합성이다. 광합성은 식물 또는 다른 생명체가 빛에너지를 화학 에너지로 바꾸기 위해 사용하는 과정이다. 변환된 화학 에너지는 후에 생명체의 활동에 필요로 되는 에너지를 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 광합성의 경우는 화학 에너지는 이산화 탄소와 물로부터 합성된 당과 같은 탄수화물 분자에 저장된다. 이처럼 광에 의한 반응은 매우 요긴하게 실생활에 이용된다는 것을 인식할 수 있다. 마찬가지로 본 프로그램에서 사용한 K  Fe ox  ∙ H  O 의 광반응은 사진현 상에 유용하게 이용되었다. 이 반응 중에는 이산화탄소 라디칼 생성 반응이 일어나며, 철(III)에서 철(II)로 환원 되는 산화-환원 반응이 일어난다. 주지해야 할 점이 있다. K  Fe ox  ∙ H  O 은 고체나 수용액에서 빛에 대하 여 민감성을 가지고 있다. 하지만 일정 시간 이상을 보관할 수 있을 정도는 안정하다. 그러나 빛을 짧게 주어도 - 17 - 학물질과 관련된 최초의 예는 1725년 독일 의사 Johann Schulze(1684-1744)가 발견한 것으로 어떤 은 염이 빛을 받았을 때 검게 변한다는 것이었다. 약 50년 후, 스웨덴 화학자 Karl Scheele(1742-1786)는 어두워지는 효과는 금속 은의 알갱이의 존재에 기인함을 알게되었다. 결과적으로 은(Ag)염은 필름, 종 이, 가죽에 대해 사진 에멀젼(광 민감 코팅)에 있어서 표준 성분이 되었다. 영국인 Thomas Wedgwood(1771-1805)에 의해 1790년대까지 시도되었다. 그러나 Scheele의 방법이 일반적으로 채택되기 전까지 수많은 과정이 반복해서 조사되었었다. 이로 인하여 1826년에 Joseph Niépce(1765-1833)가 최초 의 사진을 찍었다. 1839년에 다게레오타이프(Daguerreotypes) 개발되었으며, 1841년에 Calotypes 개발 되었다. 1851년에 Wet-collodion 과정이 개발되었고, 1871년 Dry gelatin plates 개발되었으며, 1888년 최초의 Kodak 카메라가 발명되었다. 이 중에서 최초의 사진술에 소개하면 다음과 같다. 루이 자크 망데 다게르(Louis-Jacques-Mandé Daguerre, 1787년~1851년)는 사진의 아버지로 불리는 프랑스의 미술가, 사 진가이다. 그는 촬영 시간을 크게 단축한 사진술인 다게레오타이프를 1839년에 발명하였다. 다게레오타 - 18 - 

STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2021 산화제 응용 : 표백과 살균 충북대학교 과학영재교육원 2021년 STEM 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 충북대학교 과학영재교육원 프로그램 산화제 응용: 표백과 살균 이름 주요 과목 화학I 관련 과목 STEM 요소 관련 단원 물질의 변화/ 화학반응/ 산화, 환원 관련 단원 S, T, E, M 지역 보조 주 개발자 개발자 산화와 환원에 애하여 학습하고, 이를 바탕으로 직접 산화제/환원제의 능력을 확인해볼 수 있는 실험을 진행한다. 세탁이나 청소에 사용하는 주요 수업 표백제가 산화제임을 이해하고, 가정에서 흔하게 사용하는 락스계 개요 산화제를 사용하여 오염물질을 제거하는 실험을 직접 수행해보고, 세탁과 표백이 되는 원리에 대하여 이해한다. 또한, 강력한 산화제가 피부 및 세포에도 영향을 주는 과정을 이해하여, 살균 과정에 대해 학습한다. 차시별 1차시 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 2차시 표백제를 이용한 산화 실험 3차시 산화제를 이용한 탈색 실험 4차시 다양한 표백 성능 비교 실험 주요내용 (키워드 위주) (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 교사용 STEM 생각교실 (중/고) 산화제 응용: 표백과 살균 주제 산화제 응용: 표백과 살균 2015 개정 교육과정 중학교 3학년, 고등학교 1학년/ 2학년 적용 학년 영역: 핵심개념 물질의 변화: 화학 반응 과학기술 적용 표백제와 살균제의 역할을 이해하자 응용 분야 물질의 상태 변화 이해, 유기화학 반응의 이해 산화와 환원에 대하여 학습하고, 이를 바탕으로 직접 산화제/환원제의 능력을 확인해볼 수 있는 실험을 진행한다. 세탁이나 청소에 사용하는 프로그램 개요 표백제가 산화제임을 이해하고, 가정에서 흔하게 사용하는 락스계 산화 제를 사용하여 오염물질을 제거하는 실험을 직접 수행해보고, 세탁과 표 백이 되는 원리에 대하여 이해한다. 또한, 강력한 산화제가 피부 및 세포 에도 영향을 주는 과정을 이해하여, 살균 과정에 대해 학습한다. 차시구분 차시계획 차시별 교수학습 주제 및 내용 1차시 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 2차시 표백제를 이용한 산화 실험 3차시 산화제를 이용한 탈색 실험 4차시 다양한 표백 성능 비교 실험 충북대학교 과학영재교육원 - 13 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 (6) 교수-학습 과정의 전개 1) 개념도입 학생용 1차시: 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산화와 환원에 대한 이해를 여러 관점에서 진행한다. Ÿ 화학 전지인 볼타 전지와 과일 전지를 만들어서 산화와 환원 반응을 관찰하고 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 볼타 전지의 전해질을 산 용액을 사용하므로 피부에 닿거나 마시지 않도록 주의한다. § 화학 전지 합성에 이용되는 금속판은 날카로울 수 있으므로 취급시 주의한다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. 1차시 [개념 도입] 화학전지-산화와 환원에 대한 이해 ◆ 쇠가 녹스는 현상을 비롯하여 우리 주위에서 물질이 산화되는 반응과 환원되는 반응 의 종류를 찾아서 정리해보자. 산화 반응과 환원 반응을 산소를 얻고 잃는 관점과 금속이 전자를 얻고 잃는 관점에서 정리해보자. - 20 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 2) 탐구 및 개념 확장 학생용 2차시: 표백제를 이용한 산화 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 락스의 주 성분인 NaOCl을 이용한 산화 반응을 이해할 수 있다. Ÿ 산화 반응이 물질의 구조의 변화에 미치는 영향을 이해할 수 있다. [실험 안전 유의사항] 산화제는 피부 및 세포에도 영향을 줄 수 있으므로, 직접 피부에 닿지 않도록 실험복, 장갑, § 고글 등을 반드시 착용하고 실험하도로 한다. 락스에는 NaOCl 외에도 강한 염기성의 수산화 소듐 등의 포함 되어있기 때문에, 더욱 피부 § 에 직접 닿지 않도록 주의힌다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. § 뜨거운 물을 사용할 때, 화상을 입지 않도록 주의한다. 2차시 [탐구 및 개념 확장] 표백제를 이용한 산화 실험 ◆ 표백제인 락스는 무엇으로 이뤄져 있고, 어떻게 산화 작용을 촉진할까? 수업지도의 Tip Ÿ 학생들이 직접 락스의 뒤 라벨 정보를 읽고 어떤 물질이 들어있는지 조사한다. Ÿ 하이포염소산 소듐의 경우, 우리가 흔히 알고 있는 소금, 염화 소듐에 산소가 하나 추가된 형태로, 하이포염소산 소듐이 염화 소듐으로 돌아가면서 산소를 내어놓기 때문에, 자신은 환원이 되며, 그 산소를 다른 분자에 전달하여 다른 분자가 산소를 얻게 하는 산화 반응을 일으키는, 즉, 산화제임을 이해하도록 1교시 수업과 연결한 다. - 23 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 3) 과학기술 적용 학생용 3차시: 산화제를 이용한 탈색 실험 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 세탁의 원리와 세제의 기능을 이해하고 설명할 수 있다. Ÿ 세탁에서 표백제의 기능을 이해하고, 이를 대체할 수 있는 방법에는 어떤 것이 있을지 고민 해보자. [실험 안전 유의사항] 산화제는 피부 및 세포에도 영향을 줄 수 있으므로, 직접 피부에 닿지 않도록 실험복, 장갑, § 고글 등을 반드시 착용하고 실험하도로 한다. 락스에는 NaOCl 외에도 강한 염기성의 수산화 소듐 등의 포함 되어있기 때문에, 더욱 피부 § 에 직접 닿지 않도록 주의힌다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. § 뜨거운 물을 사용할 때, 화상을 입지 않도록 주의한다. 3차시 [과학기술 적용] 개념 이해 및 과학기술의 연관성 탐색 ◆ 3종류의 식용색소를 이용하여 흰색 천에 동그란 오염을 만들고, 표백제로 처리했을 때, 탈색되는 시간을 비교한다. 탈색의 효율에 영향을 줄 수 있는 표백제의 농도와 온도에 대 한 조절 실험을 하고, 각 식용색소의 구조를 바탕으로 표백 및 탈색 성능의 차이를 설명 한다. 수업지도의 Ÿ Tip 대표적인 색소의 구조를 바탕으로, 산화 반응 때문에 색을 나타내는 성분의 구조가 변형되거나 깨져서 탈색될 수 있음을 이해시킨다. Ÿ 색소의 종류, 농도, 표백제의 농도, 처리 시간, 온도 등이 탈색에 영향을 미칠 수 있 음을 고려하여, 실험을 진행하며, 탈색을 위한 최적의 조건을 찾아본다. - 25 - (화학) 산화제 응용, 표백과 살균 4) 공학적 적용 학생용 4차시: 표백제를 비교해보자 활동지 수업일 ( ) 학년 ( ) 반 이름 모둠 [학습 목표] Ÿ 산화 반응을 바탕으로 표백 성능을 보이는 산화제들을 비교할 수 있다. Ÿ 산화력이 표백 외에도 살균과 소독에도 사용될 수 있음을 이해한다. [실험 안전 유의사항] § 산화제는 피부 및 세포에도 영향을 줄 수 있으므로, 직접 피부에 닿지 않도록 실험복, 장갑, 고글 등을 반드시 착용하고 실험하도로 한다. § 락스에는 NaOCl 외에도 강한 염기성의 수산화 소듐 등의 포함 되어있기 때문에, 더욱 피부 에 직접 닿지 않도록 주의힌다. § 실험 중 물질이 눈에 튄 경우, 즉시 물로 충분히 씻어주고, 의사의 진찰을 받도록 한다. 4차시 [공학적 산출물] 설계하기/공학적 결과 구현하기 ◆ 우리 생활 속에서 산화력을 발휘할 수 있는 여러 물질을 찾아보고 핵심 성분 에 대해 비교해보자. 수업지도의 Ÿ Tip 락스 외에 산화를 바탕으로 표백 역할을 할 수 있거나, 비슷한 역할을 할 수 있을 것 으로 기대되는 성분들을 준비하여, 비교 실험을 학생들이 직접 설계하고 진행하도록 한다. Ÿ 대표적인 준비물인 락스, 과탄산소다, 구연산, 에탄올, 과산화수소 외에 학생들이 원하 는 재료가 (주로 빨래나 설거지 등에 사용되는 재료) 있다면 함께 비교하는 실험을 진 행하는 것도 좋다. - 26 -