"과학문화교육"

2009-03-25 (Vol 6, No 3)

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모든 사람의 과학문화 활동

[과학마술] 물과 불로 숨쉬는 꽃병

□ 현상 :
꽃병에 물 같은 액체 두 잔을 붓고 꽃병을 뒤집어도 물이 쏟아지지 않는다. 여기에 마술사가 보자기를 이리 저리 움직이다. “얍”하고 기합을 넣으니 꽃병 속에서 불길이 치솟는다.

□ 꾸미기 :
1) 준비물 : 염화암모늄, 질산암모늄, 아연 가루, 아세트산칼슘, 에탄올, 컵 2개, 불을 붙일 수 있는 입구가 넓은 꽃병, 막자사발, 데시케이트.
2) 시약이나 자료 만들기 :
- 염화암모늄 1g, 질산암묘늄 4g을 막자사발에서 곱게 갈면서 섞는다.
- 이것을 2등분하여 각각 필름통 같은 것에 담아서 데시케이트 안에 넣어둔다.
- 같은 분량의(부피로) 아연가루를 곱게 갈아서 역시 데시케이트 안에 보관한다.
- 아세트산칼슘의 포화 수용액을 만든다. (아세트산칼슘은 낮은 온도에서 더 많이 녹는다. 용해도는 따뜻한 물 100mL에 아세트산칼슘 35g 정도)
- 두 개의 컵에 각각 10mL와 60mL 되는 위치에 표시를 해 둔다.
3) 쇼를 시작하기 전에 :
- 데시케이트에 보관해 두었던 염화암모늄, 질산암모늄의 혼합물과 아연 가루를 꺼낸다.
- 화장지에 먼저 염화암모늄과 질산암모늄의 혼합물을 붓고, 그 위에 같음 부피의 아연가루를 붓는다. 이것을 곱게 싸서 도가니 같은 것에 담아 둔다. (도가니나 주위에 물기가 없어야 한다.)
- 눈금을 매겨둔 두 개의 컵에 아세트산칼슘 10mL와 에탄올 60mL를 각각 담아 둔다.
- 꽃병과 보자기, 마술 봉을 준비한다.

□ 마술 보이기 :
- 관객에게 꽃병 속을 보여 주고, 꽃병을 엎어 보여 속이 비었음을 확인시킨다.
- 이것은 물을 마시고 불을 내놓는 신기한 꽃병임을 알린다.
- 물 한잔을 붓는다(아세트산칼슘 포화 수용액). 또 한잔을 붓는다.(에탄올)
- 꽃병을 살짝 흔들며 돌려서 “얍!”하며 엎는다. 물이 쏟아지지 않는다.
- 꽃병 속을 관객에게 보인다. 속은 비여있다.
- 꽃병을 안정한 곳에 놓고, 보자기와 함께 도가니 속의 싸 둔 시약 봉지를 손에 쥔다.
- 보자기로 꽃병 주위를 이리 저리 움직이면서 몰래 시약 봉지를 꽃병 속에 떨어 뜨린다.
- 순간 지지 소리가 나면 얼른 보자기를 걷고 꽃병을 향해 손을 내밀며 “얍!” 하며 기합을 넣는다. 병 속에서 불길이 쏫는다.
- 소리가 들리지 않으면 보자기를 걷고 마술봉을 물에 묻혀(없으면 손에 물을 묻혀도 괜찮고 아니면 재미없지만 스포이드에 물을 약간 찍어서 해도 괜찮다.) 꽃병 위에서 “얍!” 하며 병 속으로 물을 한 두방울 떨어지게 한다.
조금 후 지지하면서 불길이 쏫는다.
- 보자기를 접어서 꽃병 위를 덮어서 불을 끈다.

□ 과학 원리 :
먼저 물을 먹었다는 것은 아세트산칼슘과 에탄올이 즉시 겔을 형성하여 꽃병 바닥에 달라 붙어 쏟아지지 않은 것이다. 이 겔의 구조는 명확하지 않지만 아마 아세트산칼슘이 에탄올 분자 사이에 끼어 망상구조가 되는 것이라 여겨진다. 그리고 불을 토한다는 것은 이 때 생긴 겔이 바로 고체 알코올로 탈 수 있는 연료이고 발화는 물의 자동 촉매 반응을 이용한 것이다. 염화이온이 질산암모늄 분해의 촉매로 작용하고, 이 반응에서 생성된 물이 더 많은 질산암모늄을 분해되게 하는 자동촉매 역할을 한다.
Cl-
NH4NO3(s) → NO2(g) +2 H2O(aq)
Zn(s) + NH4NO3(s) → N2(g) +2 ZnO(s) + 2 H2O(g)

김옥자

과학문화교육연구소