연소 시 질량 보존에 대한 학생들의 개념

분류: 화학, 연소, 질량 보존

1. 연소 시 질량 보존에 대한 과학적 개념과 오개념

과학적 개념	오개념
․ 화학 변화가 일어날 때, 물질의 구성 원자는 개수의 변화가 없고 질량이 달라지지 않으며, 반응 전 물질의 총질량은 반응 후에 총질량과 같다.	․ 연소될 때 양초나 산소가 없어지므로 가벼워진다. ․ 연소 결과 산소보다 무거운 이산화탄소가 생기므로 무거워진다.

2. 연소 시 질량 보존의 개념 검사 문항의 예

오른쪽 그림과 같이 꽉 막힌 병 안에서 촛불이 타다가 꺼진 후에 저울은 어느 쪽으로 기울까?

① 병 쪽으로 기운다.

② 평형을 유지한다.

③ 분동 쪽으로 기운다.

④ 위의 설명으로는 알 수 없다.

그렇게 생각한 이유는 무엇인가?

3. 오개념 유형과 그 원인

오개념 유형		원인 분석
ㆍ연소될 때 양초나 산소가 없어지므로 가벼워진다.	➜	연소 시 질량 보존을 이해하기 위해서는 반응물과 생성물을 모두 고려해야 하지만, 이들은 반응물(양초나 산소)에만 주목하였다.
ㆍ연소 결과 산소보다 무거운 이산화탄소가 생기므로 무거워진다.	➜	이들은 연소 과정에서 산소 뿐 아니라 연소되는 물질도 사라지며 연소 결과 이산화탄소 뿐 아니라 또 다른 물질도 발생한다는 점은 고려하지 못하였다.

4. 논의

1) 과학적 개념 설명

화학 변화가 일어날 때, 물질의 구성 원자는 개수의 변화가 없고 질량이 달라지지 않으며 단지 재배열만 일어난다. 또한, 질량 보존의 법칙에 의해, 닫힌계에서 반응 전 물질의 총질량은 반응 후에 총질량과 같다.

2) 오개념 생성 원인

촛불이 꺼진 후 양초가 들어 있는 병의 질량이 가벼워진다고 생각하는 학생들의 대부분은 연소될 때 어떤 물질이 없어진다는 생각을 가지고 있다. 즉, 많은 학생들이 연소에 대해 18세기 과학자들에게 강력한 지지를 받았던 플로지스톤적 사고(이길상, 1981)를 하고 있음을 알 수 있다. 이러한 오개념을 보이는 학생들의 대부분은 반응의 한 쪽 계만을 고려하기 때문인데, 이것은 Driver(1985)가 아동들은 현상의 제한된 측면(limited focus)만을 보기 때문에 오개념이 발생한다고 주장한 것과 일치한다.

일부 학생들은 지각할 수 있는 가시적 현상에 주목하여 '촛불이 탈 때 연기가 발생하는데, 연기는 무게가 있으므로 더 무거워진다'고 응답한다. 또한, 소수이지만 '더운 공기는 위로 올라가는 성질이 있으므로 촛불이 들어 있는 병은 가벼워질 것이다'거나 '열은 무게가 있는데 촛불이 꺼지면 열이 없어지므로 무게가 줄어든다' 혹은 '병 안에는 열기가 많기 때문에 병 쪽으로 기울 것이다'는 등 질량 변화를 열과 관련지어 생각하는 학생들도 있다. 즉, 모든 물체의 근본 물질로 4원소(흙, 물, 공기, 불)을 제시하면서 여기에 일련의 속성을 부여하여(예를 들어, 흙에는 절대적인 무거움을, 불에는 절대적인 가벼움의 속성을 부여했다) 사물이나 현상을 설명하고자 시도했던 아리스토텔레스적 물질관(이길상, 1981)이 학생들의 개념 속에서도 발견되는 것으로 볼 수 있다.

출처 및 참고 문헌

권혁순 (1991). 과학 수업에 의한 학생들의 개념 변화 연구: 중학교 2학년의 연소 개념을 대상으로. 서울대학교 석사학위논문.

김혜경 (1997). 개념변화 학습에서 학습동기의 역할: 중학교 2학년의 '화학변화' 관련 개념을 중심으로. 서울대학교 석사학위논문.