금속의 산화

대부분의 금속은 공기 중에 오래 두거나 가열하면 녹이 생긴다. 녹은 왜 생기며 본래의 금속과 녹은 성질이 다른지 같은지 알아보자.

녹의 성질

녹과 본래의 금속에는 어떤 차이가 있는지 알아본다. 금속과 그 금속에 슨 녹은 성질이 다르다.

준비물

건전지, 도선, 소켓, 전구, 자석, 붉은 녹이 슨 쇠못, 검은 녹이 슨 철사, 녹청이 슨 구리판, 시험관,시험관대, 염산, 녹이 슬지 않은 쇳조각, 녹이 슨 쇳조각, 사포, 종이 등

실험관찰

① 철의 붉은 녹과 검은 녹, 구리의 녹청 등에 전류를 흘려보자.② 철의 붉은 녹이 자석에 붙는지 알아보자.③ 녹슬지 않은 철 조각과 철에 생긴 붉은 녹을 염산에 넣고 그 변화를 살펴보자.

결과

① 철의 붉은 녹이나 구리의 녹청은 전류가 흐르지 않는 것으로 보아 본래 금속과는 성질이 다른 물질로 변했음을 알 수 있다.② 철의 붉은 녹은 자석에 붙지 않는다.③ 철은 염산에 녹으면서 수소가 발생하지만 붉은 녹은 녹기만 할 뿐 수소가 발생하지 않는다.

심화학습

녹이 슨 금속은 본래의 금속보다 무게가 더 나간다. 그것은 금속에 물이나 산소가 결합되었기 때문이다.

철에 붉은 녹이 생기는 이유

철의 붉은 녹은 수분과 산소, 철이 결합하여 생긴다. 철에는 붉은 녹이 잘 생기는데 철의 붉은 녹은 어떻게 생기는지 알아본다.

준비물

쇠못, 강철솜, 집기병, 고무 마개, 메스 실린더, 비커, 시험관 4개, 시험관대, 연소 숟가락, 석회수, 깔때기, 건조제, 성냥, 양초, 스탠드 등

실험관찰

① 물을 넣지 않은 시험관에 못을 매달아 놓고 고무 마개를 덮는다. 물을 약간 넣은 두 번째 시험관에 못이 물에 닿지 않게 매달아 놓은 다음 고무 마개를 덮는다. 반쯤 물을 넣은 세 번째 시험관에 못이 물에 잠기게 매달아 놓고 고무 마개를 덮는다. 반쯤 물을 넣은 네 번째 시험관에 못이 물에 1/2 가량 잠기게 매달아 놓고 고무 마개를 덮는다. 며칠 후에 4개의 시험관 속에 있는 못에 어떤 변화가 생겼는지 살펴보자.② 젖은 강철솜을 넣은 병을 거꾸로 하여 유리관이 물 속에 잠기도록 장치하고 4-5일 후에 강철솜의 변화, 공기의 부피 변화, 남은 기체의 성질 등을 조사해 보자.

결과

① 물이 없는 첫 번째 시험관의 못은 녹이 슬지 않았고, 두 번째와 세 번째 시험관의 못은 약간 녹이 슬었다. 네 번째 시험관의 물에 반쯤 잠긴 못은 공기와 물이 맞닿은 경계면을 중심으로 붉은 녹이 많이 슬어 있다. ② 강철솜에는 녹이 슬었고, 비커에 거꾸로 꽂혀 있는 유리관으로 물이 올라와 있다. 이는 녹슬 때 공기가 쓰여 부피가 줄었기 때문이다. 남아 있는 기체에 촛불을 넣으면 꺼지는 것을 볼 때 공기 중의 산소가 없어졌음을 알 수 있다. 또 남은 기체에 석회수를 넣어도 뿌옇게 흐려지지 않는 것으로 보아 이산화탄소가 생기지 않았음을 알 수 있다. 남아 있는 기체는 질소이다.

구리와 알루미늄의 녹

구리판은 주변 조건에 따라 각기 다른 색깔의 녹이 낀다. 구리와 알루미늄에 끼는 녹은 어떻게 끼는지 알아본다.

준비물

알코올 램프, 구리판, 알루미늄판, 성냥, 집게, 펀치

실험관찰

① 깨끗한 구리판을 공기 중에 며칠 놓아 두고 어떤 녹이 끼었는지 살펴보자.② 깨끗한 구리판 2개 가운데 하나는 불로 가열해 보고, 또 하나는 습기가 많은 곳에 두고 각각 어떤 녹이 생기는지 관찰해 보자.③ 깨끗한 알루미늄판을 공기 중에 며칠 놓아 두고 어떤 녹이 끼었는지 살펴보자.

결과

① 공기 중에 놓아둔 구리판은 점점 광택을 잃어가면서 표면에 불그스름한 갈색의 녹이 생긴다. 이것은 구리와 공기 중의 산소가 화합해서 생긴 것으로 내부로 퍼지지 않는다.② 구리판을 공기 중에서 가열하면 구리가 산소와 화합하여 철의 검은 녹처럼 검은 녹이 생기는데 이 녹은 결이 곱고 튼튼해서 구리판을 보호하는 역할을 한다. 한편 습기가 많은 곳에 둔 구리판에는 청록의 녹이 슬게 되는데 이 녹은 물과 산소, 이산화탄소가 결합하여 생긴 것으로 독성이 있다. 이 녹은 구리 내부로까지 퍼져 구리를 상하게 한다. 보통 녹청이라고 한다.③ 공기 중에 놓아둔 알루미늄판은 점점 광택이 없어지면서 표면에 회백색의 녹이 생긴다. 이것은 산소와 화합해서 생긴 것으로 내부로 퍼지지 않으며 오히려 내부를 보호하는 역할을 한다.

양철과 함석

양철판은 녹이 잘 슬지 않는 금속인 주석을 입힌 것으로, 내부가 노출되면 오히려 철이 녹슬기 쉽다. 반면 함석판은 표면이 산화되면서 내부의 철을 보호하며, 긁히더라고 표면의 아연이 먼저산화되어 철을 보호한다. 이와 같은 보호를 음극화 보호라고 하며, 주유소의 탱크 등에서 사용된다. 녹이 슬지 않기 위해 도금한 양철과 함석의 차이를 알아본다.

준비물

양철판, 함석판

실험관찰

① 깨끗한 양철판을 2개, 함석판을 2개 준비한다.② 깨끗한 양철판 하나를 긁어내고, 함석판도 마찬가지로 한다.③ 변화를 관찰한다.

결과

① 둘다 녹이 잘 슬지 않는다.② 양철판은 긁히면 녹이 잘 생긴다.③ 함석판은 긁혀도 녹이 잘 생기지 않는다.