천동 과학과외

천동 생활권에서 시작한 앙금 이온 해석

천동과 리더스시티5단지 주변에서 과학과외를 진행하며, 충남중학교와 대전동신과학고등학교가 있는 교육생활권의 한 학생과 앙금 생성 반응 자료를 살펴보았다. 이번 목표는 반응 이름을 외우는 것이 아니라, 섞기 전후 이온 모형에서 실제로 어떤 이온이 앙금을 만들고 어떤 이온이 용액에 남는지 판단하는 것이었다.

처음 자료에서 드러난 한 줄의 판단

첫 자료에는 두 컵의 입자 그림이 제시되어 있었다. 왼쪽 컵에는 은 이온 3개와 질산 이온 3개가, 오른쪽 컵에는 나트륨 이온 3개와 염화 이온 3개가 표시되어 있었다. 두 용액을 섞은 뒤에는 흰색 앙금이 관찰되었다. 학생은 그림을 보자마자 “앙금이 생겼으니 섞인 모든 이온이 사라진다”고 적었다.

이것이 최종 답을 계산하다가 생긴 실수가 아니라, 가장 먼저 어긋난 판단이었다. 학생은 섞기 전 입자 표시를 그대로 읽기는 했지만, 앙금을 만드는 이온과 함께 있던 이온을 구별하지 않았다. 따라서 은 이온과 염화 이온이 결합해 앙금이 된다는 점을 확인하기 전에 질산 이온과 나트륨 이온까지 없앤 셈이었다.

앙금을 만드는 두 이온만 앙금으로 옮기고, 반응하지 않은 이온은 용액에 남긴다.

교정에서는 풀이 전체를 다시 쓰게 하지 않았다. 이미 정확했던 섞기 전 입자 수와 흰 앙금 관찰 기록은 그대로 두고, 그림 위에 은 이온과 염화 이온을 연결하는 표시만 하게 했다. 은 이온 3개와 염화 이온 3개가 각각 하나씩 결합해 앙금 세 덩이가 되자, 질산 이온 3개와 나트륨 이온 3개는 남아 있어야 한다는 점이 보였다. 학생은 “사라진 이온”과 “용액에 남은 이온”을 서로 다른 위치에 나누어 그렸다.

표현을 바꾼 두 번째 확인

며칠 뒤에는 그림 대신 다음과 같은 배열 자료를 건넸다. 이번에는 아이오딘화 칼륨 용액과 질산 납 용액을 섞는 상황이었다. 섞기 전 입자 자료에는 칼륨 이온 4개, 아이오딘화 이온 4개, 납 이온 2개, 질산 이온 4개가 각각 표시되어 있었다. 섞은 뒤에는 노란색 앙금이 2덩이 관찰되었다.

• 아이오딘화 이온 2개가 납 이온 1개와 함께 앙금 한 덩이를 만든다.
• 납 이온 2개와 아이오딘화 이온 4개가 모두 앙금으로 이동한다.
• 칼륨 이온 4개와 질산 이온 4개는 앙금을 만들지 않고 용액에 남는다.

이번 문제는 숫자만 바꾼 반복이 아니었다. 입자 배열을 세로로 바꾸고, “남은 이온을 모두 쓰시오”가 아니라 “노란 앙금에 포함되지 않는 입자를 고르시오”라고 질문 방향도 바꾸었다. 학생은 먼저 노란 앙금의 구성 이온을 찾은 뒤, 원래 배열에서 해당 입자만 지웠다. 그 다음 남은 칼륨 이온과 질산 이온의 수를 다시 세어 자료와 일치하는지 확인했다.

힌트 없이 다시 세운 풀이 순서

마지막에는 천동과 가까운 생활권의 신탄진도서관에서 볼 수 있는 학습 자료 형식처럼, 해설 없는 새 입자 그림을 제시했다. 이번에는 염화 바륨 용액과 황산 나트륨 용액을 섞었다. 그림에는 바륨 이온 2개, 염화 이온 4개, 황산 이온 2개, 나트륨 이온 4개가 섞기 전 상태로 표시되어 있었고, 흰 앙금 2덩이가 나타났다.

학생은 별도의 지시 없이 먼저 앙금 그림과 결합 가능한 이온을 대조했다. 바륨 이온 하나와 황산 이온 하나가 앙금 한 덩이를 이루므로 바륨 이온 2개와 황산 이온 2개를 앙금으로 표시했다. 이어 염화 이온 4개와 나트륨 이온 4개를 용액에 남은 입자로 따로 적었다.

검산할 때는 두 가지를 확인했다. 앙금 표시에서 바륨과 황산 이온의 수가 각각 2개씩 모두 사용되었는지, 그리고 섞기 전 네 종류 입자의 수와 앙금 및 남은 용액의 수를 합쳤을 때 각각 같게 유지되는지 점검했다. 학생은 “앙금 생성은 모든 이온이 없어지는 것이 아니라, 앙금을 이루는 이온만 분리되는 과정”이라고 자료의 근거를 들어 설명하며 풀이를 마쳤다.