중3 과학 1학기를 끝났고, 새로운 학기가 시작되었으니, 중2 과학도 시작을 해봐야 하겠죠??
중2 과학은 1, 2학기에 총 8개의 단원으로 구성되어 있습니다.
1단원은 물질의 구성으로 물질이 어떻게 구성되어 있는지에 대한 단원이고, 2단원은 전기와 자기로, 우리가 실생활에서 사용하는 전류, 전압, 저항 그리고 전자기장에 대해서 배우는 단원입니다. 3단원은, 태양계로 지구가 자전 및 공전하면서 생기는 현상, 지구 외 7개의 행성, 달에 대해서 배우는 단원입니다. 4단원은 식물과 에너지로, 광합성과 호흡에 대해서 배우는 단원입니다. 그 외 나머지 단원은 2학기에 배우니까, 1학기 부분이 끝나면 정리하도록 하겠습니다.^^
그럼, 1단원 출발을 해 볼까요???
여러분들은 물질은 무엇으로 이루어져 있다고 생각하시나요???
이미 알고 있는 사람들도 있겠지만, 아주 오래전부터 많은 사람들은 물질이 무엇을 이루어져 있나?? 많은 고민을 하게 되었죠. 지금은 과학이 많이 발전하여 많은 것을 알 수 있지만, 아주 옛날인 그리스 로마시대때는 지금과 같은 환경이 아니므로 다양한 대답이 나왔겠죠??
이처럼 물질이 무엇으로 이루어져 있나? 에 대한 생각을 물질관이라고 합니다.
< 고대의 물질관>
1. 탈레스
고대에는 물질은 한 가지로 이루어져 있다고 생각했다. 물, 불, 흙, 공기등 이런 주변에서 흔히 볼 수 있는 원소들이 모여서 물질이 되었다고 생각했죠. 가장 먼저 탈레스 입니다.
탈레스는 만물의 근원은 물이라고 했습니다. 물로 모든 물질을 다 만들 수 있다고 생각해죠. 지금 생각하면 말이 안 되는 이야기이죠. ㅋㅋㅋ "화분에 물만 주었더니 식물에서 싹이 나고, 줄기가 만들어지고, 꽃이 피더라"라고 하면서 만물의 근원은 물이라고 했답니다. 이런 탈레스의 말을 많은 사람들이 믿었죠. 그러면서, 만물의 근원을 흙 또는 공기 또는 불이라고 각각 주장한 사람들도 있었습니다.
2. 엠페도클레스
엠페도클레스는 탈레스가 말한 물, 그리고 다른 사람들이 말한 물, 불, 흙, 공기를 합쳐서 4원소설을 발표합니다.
4가지 원소로 만물을 만들 수 있다고 이야기를 했죠.
3. 데모크리토스
데모크리토스는 탈레스와 엠페도클레스가 말한 내용을 부정하고, 물질은 더 이상 분해할 수 없는 입자(원자)로 이루어져 있다고 하면서 최초로 입자설(원자설)을 제시한 사람이다. 원자의 모양이나, 배열이 달라지면 다른 물질이 된다고 주장을 하였다.
4. 아리스토텔레스
아리스토텔레스는 엠페도클레스의 4원소설을 바탕으로 만물의 근원인 물, 불, 흙, 공기의 4가지 원소와 따뜻함, 차가움, 건조함, 습함의 4가지의 성질의 조합에 의하여 물질을 만들 수 있다는 아리스토텔레스의 4원소설을 이야기한다.
엠페도클레스가 4가지 원소만 이야기했다면, 아리스토텔레스는 4가지 원소와 4가지 성질까지 이야기를 한 것이 특징이다. 아리스토텔레스의 4원소설은 중세시대까지 계속 영향을 주었는데, 바로 연금술에 영향을 준 학설이다.
5. 연속설 VS 입자설
아리스토텔레스는 물질을 쪼개면 언젠가는 없어질 것이라고 하였고, 데모크리토스는 물질을 쪼개면 없어지는 것이 아니라, 더 이상 쪼갤 수 없는 입자가 될 것이라고 주장을 하였다.
지금은 입자설이 맞는 것 알고 있지만, 그 당시 사람들은 연속설을 믿었다고 합니다. 실체가 보여야 하는데, 입자(원자)가 눈에 보이지 않았기 때문이라고 생각하는데요~~ 시간이 흘러서 근대에서 와서 연속설이 틀렸다는 것을 보일이 증명을 하죠.
<중세의 물질관>
중세에는 아리스토텔레스의 4원소설을 기반으로 물질을 연구하기 시작했죠. 이때 나온 것이 바로 연금술입니다.
6. 연금술
연금술이란 값싼 금속을 값비싼 금속으로 만드는 방법으로 많은 학자들이 값비싼 금속인 금을 만들기 위해서 열심히 노력을 했지만, 성공은 못 합니다. 왜? 나중에 배우게 되겠지만, 원자는 화학반응이 일어나도 생성되거나 소멸되거나 바뀌지 않기 때문이죠. 하지만, 이런 연금술을 통해서 많은 실험기구 및 실험 방법들이 후세에 이용된 점에 대해서는 과학에 큰 기여를 했다고 합니다.
< 근대의 물질관>
지금까지 물질관은 약간 철학적이고, 추상적인 개념이었다면, 근대에서는 실험을 바탕으로 물질관을 정립하기 시작했죠.
7. 보일
보일은 " 물질은 더 이상 분해할 수 없는 원소로 이루어져 있다."라고 하면서 현대적인 원소의 개념을 제시하였다.
보일은 J자관 실험을 통해서 아리스토텔레스의 연속설과 데모크리토스의 입자설 중 누구의 이론이 맞는지 확인했는데,
한쪽이 막힌 J자관에 수은을 넣은 뒤 수은을 더 넣으면 막혀있는 공간이 줄어든다. 연속설에서는 "빈 공간에 있는 공기의 농도가 진해져서 공간이 줄어든 것이다"라고 한다. 근데, 공기의 농도가 진해졌다는 것은 공기의 양이 많아졌다는 것이다. 그림을 보면 막힌 공간에 있는 공기 입자의 개수가 같다는 것을 알 수 있다. 다시 말해서 공기의 농도가 진해진 것이 아니라, 공기입자 간의 거리가 줄어든 것이다. 이 실험 결과로 인해서 보일은 물질은 입자와 빈 공간으로 이루어져 주장을 했다. 만약 연속설이 맞다면, 비눗방울의 막을 무한히 얇게 만들 수 있어야 한다. 하지만, 그것 불가능하다. 비눗방울의 막을 이루는 입자보다 더 작게 만들 수 없기 때문이다.
| 입자설의 증거 | |
| 풍선을 불어서 놓아두면 크기가 점점 작아진다. | 이유: 풍선을 이루는 입자 사이로 공기를 이루는 입자가 빠져나가기 때문이다. |
| 금속박이나 비눗방울 막은 무한히 얇게 만들 수 없다. | 이유: 금속박이나 비눗방울을 이루는 입자보다 얇게 만들 수 없기 때문이다. |
| 물과 에탄올을 혼합한 전체 부피는 각 부피의 합보다 작다. | 이유: 큰 입자 사이로 작은 입자가 끼어들기 때문이다. |
이런 실험을 통해서 보일은 "물질은 더 이상 분해할 수 없는 원소로 이루어져 있다"라고 했다.
8. 라부아지에
라부아지에는 보일이 주장한 원소를 실험으로 증명한 과학자이다. 지금까지 물질은 물, 불, 흙, 공기로 이루어져 있다는 4원소설을 실험으로 틀렸다고 했는데, 물을 직접 분해하면 수소와 산소로 이루어져 있다는 것을 밝혀내어 아리스토텔레스의 4원소설이 틀린 이론이라고 하였다.
라부아지에는 뜨거운 주철관에 물을 부었더니 수소와 산소로 분해되는 것을 보고 물이 원소가 아님을 증명하였다.
수소는 보이죠?? 그럼 산소는 어디에 있을까요?? 바로 주철관이 녹스는 것을 보고 산소와 결합했다는 것을 알 수 있습니다.
라부아지에는 실험을 통해서 총 33종의 원소를 발표하였는데, 지금에 와서는 33종의 원소가 모두 맞는 것은 아니다. 라부아지에는 빛, 열, 알루미나(산화알루미늄)는 원소로 이야기하였지만, 지금은 원소가 아님이 증명이 되었죠.
부록
물의 전기분해
물(순수한 물)을 전기가 안 통합니다. 그럼 전기가 통하게 하기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 물에 전기를 통하게 할 수 있는 물질(전해질)을 넣어주어야 합니다. 그래서 보통 수산화나트륨을 넣어주는 이유입니다.
물을 전기 분해하면 (+) 극과 (-) 극에서 생성되는 기체가 다른데요, (+) 극에서는 산소기체, (-) 극에서는 수소기체가 나옵니다. 어떻게 확인할까요? 수소기체는 스스로 타는 성질(가연성)이 있어서 불씨를 만나면 '펑' 소리가 나죠. 그리고 산소기체는 타는 것을 도와주는 성질(조연성)이 있어서 꺼진 불씨를 활활 타게 만들죠.
그림에서는 어떻게 확인할까요? 물이 전기분해가 될 때 부피비는 수소가 2 산소가 1의 부피비로 분해가 되므로 (-) 극의 부피가 크죠? 따라서 수소기체가 만들어졌다는 것을 확인할 수 있습니다.
이상 1단원 고대부터 근대까지 물질관이었습니다.
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