초5 화학 — 공기도 혼합물

지난 시간에는 체·필터·자석 세 도구로 혼합물을 나눠 봤어요. 큰 돌·모래·쇠는 모두 만질 수 있는 물질이었어요. 그러면서 한 가지 물음이 남았지요. 눈에 안 보이고 만질 수도 없는 혼합물도 있을까요?

답은 있어요. 우리 주변에 늘 있고, 매 순간 들이마시고 내쉬는 공기가 바로 그래요. 공기는 한 가지 기체가 아니라 여러 기체가 모인 혼합물이에요.

오늘은 실험 도구가 거의 필요 없어요. 풍선 하나와 작은 비닐봉지 하나면 충분해요. 화학 시약은 쓰지 않아요.

오늘의 한 문장#

공기는 한 가지 기체가 아니라 산소·이산화탄소·그 밖의 여러 기체가 함께 있는 혼합물이에요. 그리고 호흡할 때 산소가 들어오고 이산화탄소가 나가요.

오늘의 핵심은 이 한 문장이에요. 여기에 한 가지가 더해져요. 혼합물은 반반이 아니어도 혼합물이에요. 공기 안에서 산소는 적게, 그 밖의 여러 기체는 많이, 이산화탄소는 아주 조금 있어요. 비율이 제각각이어도 함께 섞여 있으면 혼합물이에요.

1. 공기는 한 가지일까요?#

우리가 들이마시는 공기는 모두 똑같은 한 가지 기체일까요? 답은 아니에요. 공기는 여러 기체가 모인 혼합물이에요.

초3 때 기체를 다뤘던 것을 떠올려 봐요. 손에 잡히지 않지만 풍선을 부풀게 하고 자전거 타이어를 단단하게 하는 것이 기체였지요. 그때 "공기도 기체다"라는 한 줄을 남겼는데, 오늘은 한 발 더 들어가요.

지난 시간에 만난 혼합물들과 비교해 보면 차이가 또렷해요.

지금까지 본 혼합물은 모두 만질 수 있고 볼 수 있었어요. 그런데 공기는 둘 다 안 돼요. 그래도 분명히 있는 혼합물이에요. 보이지 않고 만져지지 않는 혼합물, 이것이 오늘의 출발점이에요.

2. 공기 속 기체와 그 비율#

공기 안에는 어떤 기체가 들어 있을까요? 먼저 두 기체의 이름을 봐요.

하나는 산소예요. 우리 몸이 살아가는 데 꼭 필요한 기체예요. 들이쉴 때 산소가 몸 안으로 들어와요. 불이 탈 때도 산소가 쓰여 점점 줄어들어요.

다른 하나는 이산화탄소예요. 숨을 내쉴 때 몸 밖으로 나가는 기체이고, 불이 탈 때도 생겨나요.

여기에 더해 공기에는 그 밖의 여러 기체가 들어 있어요. 사실 이쪽이 공기에서 가장 많은 자리를 차지해요. 이름은 중학교에서 배워요. 이렇게 여러 기체가 다른 비율로 섞여 있어서 공기는 혼합물이에요.

표에서 보이듯 산소와 이산화탄소는 공기에서 반반으로 들어 있지 않아요. 그 밖의 여러 기체가 많고, 산소는 적고, 이산화탄소는 아주 조금이에요.

사실 비슷한 경우를 이미 봤어요. 바로 소금이 녹은 물이에요. 거기서도 소금은 적고 물은 많았지요. 혼합물에서 두 물질이 똑같은 양으로 섞일 필요는 없어요.

3. 호흡과 공기 — 들이쉬다·내쉬다#

이제 우리 몸과 공기가 어떻게 만나는지 봐요. 숨을 쉬는 일을 호흡하다라고 해요.

호흡은 두 동작으로 이루어져 있어요. 코나 입으로 공기를 안으로 들이는 것이 들이쉬다, 공기를 밖으로 내보내는 것이 내쉬다예요.

들이쉴 때와 내쉴 때 공기 속 기체의 구성이 달라져요.

우리 몸은 들이쉰 공기에서 산소를 골라 쓰고, 대신 이산화탄소를 만들어 내쉬어요. 그래서 들이쉬는 공기와 내쉬는 공기는 조금 달라요.

관찰 포인트: 손바닥 가까이로 내쉰 숨은 들이쉴 때보다 살짝 따뜻하고 습해요. 몸 안에서 데워진 공기에 수증기가 함께 섞여 나오기 때문이에요.

4. 산소 확인과 안전#

산소는 눈에 보이지 않지만, 산소가 작용한다는 것을 간접적으로 확인하는 관찰이 있어요. 작은 초에 불을 켜고 그 위로 유리컵을 천천히 덮으면 잠시 뒤 불이 꺼져요. 컵 안에 갇힌 공기 속 산소가 불이 타는 데 쓰여 점점 줄어들기 때문이에요. 산소가 많이 줄어들면 불은 대체로 더 타지 못하고 꺼져요. 컵이 크면 그 안의 산소가 더 많아 불이 좀 더 오래 타지요. 이렇게 산소가 불이 타는 데 쓰여 줄어든다는 사실을 불꽃의 변화로 짐작할 수 있어요.

다만 이 장면은 불을 다루는 일이라 부담이 커요. 불을 다루는 일은 어른이 하고, 우리는 그 결과만 멀리서 봐요. 글의 설명만으로도 산소가 줄어 불이 꺼진다는 사실은 충분히 알 수 있어요.

이어서 오늘의 안전을 정리해요. 지난 시간들과 마찬가지로 화학 시약은 한 해 동안 쓰지 않아요. 여기에 오늘의 원칙이 더해져요. 불을 다루는 일은 어린이가 직접 하지 않아요. 그리고 산업용 가스 통은 절대 만지지 않아요.

특히 비닐봉지 안전을 짚어 둬요. 비닐봉지에 내쉬기 관찰은 봉지를 입에만 살짝 대고 곧바로 떼는 방식으로만 해요. 봉지를 머리에 쓰거나 얼굴을 덮는 일은 절대 안 돼요. 호흡이 막히면 위험해요. 작은 봉지는 관찰 뒤 바로 정리해 어린아이나 반려동물 가까이에 두지 않아요.

산업용 가스 통(병원·공장에서 쓰는 큰 통)은 전문가가 다루는 것이니 직접 만지지 않아요. 글과 그림만으로도 오늘의 핵심은 충분히 알 수 있으니, 부담스러운 관찰은 건너뛰어도 괜찮아요.

호흡기가 약하거나 아토피·천식이 있다면 비닐봉지·촛불 관찰은 건너뛰고 글로만 봐도 돼요. 풍선도 코로 한 번 짧게만 해요. 안전이 먼저예요.