물리 변화와 화학 변화
마그네슘의 물리 변화와 화학 변화를 알아보는 실험이 있는데, 우선 물리 변화와 화학 변화에 대한 개념을 아래와 같이 정리해 보겠습니다.
| 구분 | 물리 변화 | 화학 변화 |
| 성질 변화 (물성 변화) | 물성 변화 없음. | 물성이 변함. |
| 변하는 것 | 분자의 종류는 변하지 않고 물질의 성질을 가지는 가장 작은 입자인 분자의 배열만 변한다. |
원자의 배열이나 분자의 종류가 변하고, 따라서 물성 역시 변한다. |
| 변하지 않는 것 | 원자의 종류와 개수 원자의 배열 분자의 종류와 개수 물질의 성질과 총질량 |
원자의 종류와 개수 물질의 총 질량 |
| 예시 | 물이 기화되어 수증기가 되는 것 (기화) (물 분자 사이의 거리만 멀어지고 물 분자 자체는 변하지 않음.) |
물을 수소와 산소로 전기분해하는 것 (물 분자가 수소 분자와 산소 분자로 변함.) |
여기서 물리 변화와 화학 변화의 경우에 공통적으로 원자의 종류와 개수는 변하지 않는다는 것까지 기억해 두면 좋겠죠. 원자가 새로 생기거나 없어지지 않고, 다른 원자로 변하지도 않기 때문입니다.
마그네슘의 물리 변화와 화학 변화
페트리 접시에 마그네슘(Mg) 리본을 아래와 같이 세 가지 경우로 준비하여 놓습니다.
1. 마그네슘 리본, 2. 구부린 마그네슘 리본 (또는 몇 가닥으로 자른 마그네슘 리본), 3. 마그네슘 리본을 증발 접시에서 태운 다음에 타고 남은 재
그리고 여기에 묽은 염산을 떨어뜨리면 아래와 같은 결과를 관찰할 수가 있습니다.
- 마그네슘 리본 : 기체 발생 (부글부글 기포가 올라오는 것을 관찰 가능)
- 구부린 마그네슘 리본 (혹은 작게 자른 마그네슘 리본) : 기체 발생 (부글부글 기포가 올라오는 것을 관찰 가능)
- 마그네슘 리본이 타고 남은 재 : 기체 발생하지 않음.
또한 간이 전기 전도계로 전류의 흐름을 측정해 보면 마그네슘을 태우고 남은 재, 즉 산화마그네슘은 전기가 흐르지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 금속은 일반적으로 전기전도성을 가지는데 산화마그네슘은 전기전도성을 가지지 않기 때문입니다.
마그네슘 리본을 구부리거나 작게 잘라도, 즉 물리 변화가 있어도 마그네슘의 성질은 변하지 않는 것을 알 수 있고, 마그네슘을 태우고 남은 재의 경우에 화학 변화, 정확하게는 연소 반응이 있었으므로 마그네슘의 성질이 변하였다는 것을 알 수 있습니다. 마그네슘 시료를 준비하는 과정에서 시각적으로 보았을 때 은백색의 광택이 있는 금속인 마그네슘이 타고나서 산화마그네슘(MgO)이 되면 흰색의 광택이 없는 물질이 된 것을 관찰할 수 있습니다.
관련된 화학 반응식은 아래와 같습니다.
마그네슘 리본에 묽은 염산을 떨어뜨렸을 때 발생하는 기체는 수소 : Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
추가로 아래 링크를 참고하여 산과 금속의 반응에 대한 이해를 하면 됩니다. 금속의 이온화 경향으로 인해 생기는 반응입니다.
2023.11.16 - [과학] - 산이 금속과 반응하여 수소를 발생시키는 반응식
산이 금속과 반응하여 수소를 발생시키는 반응식
금속의 이온화 경향 산의 공통적인 성질을 산성이라고 하는데요, 이러한 특징은 수소 이온(H+) 때문에 나타나게 되죠. 그리고, 이러한 산의 성질 중에 금속과 반응하여 수소 기체를 발생시키는
jcspirit.tistory.com
마그네슘 리본을 태우고 남은 재는 산화마그네슘(MgO) : 마그네슘의 연소 반응, 산화반응으로 2Mg + O2 → 2MgO, 즉 산화마그네슘이 생성됩니다. 이 반응은 흰색 불꽃을 내며 불꽃놀이나 조명탄에 이용이 됩니다.
산화마그네슘과 마그네슘은 물질의 성질이 변한 화학 변화가 일어났습니다. 그리고, 여기에 염산을 떨어뜨렸을 때 반응은 아래와 같습니다.
MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O
물이 생성되었고, 기체가 발생하지 않습니다. 여기서 마그네슘 리본을 태운 재, 즉 산화마그네슘이 염산과 반응하지 않는 것으로 이해하면 안 되고, 반응은 하나 기체가 발생하는 것처럼 눈으로 관찰할 수 있는 변화가 일어나지 않는 것으로 잘 이해를 하여야 합니다. 마그네슘을 태우고 남은 재가 염산과 반응하지 않는다로 가르쳐주는 경우도 있는데 이는 틀린 것입니다.
아래와 같이 이 실험의 결과를 최종 정리를 할 수 있습니다.
| 구분 | 마그네슘 리본 | 구부린 마그네슘 리본 (또는 작게 자른 마그네슘 리본, 마그네슘의 물리 변화) |
마그네슘 리본을 태우고 남은 재 (마그네슘의 화학 변화) |
| 광택 및 색깔 | 광택이 있고 은백색 | 광택이 있고 은백색 | 광택이 없고 흰색 |
| 묽은 염산과의 반응 | 기체 발생 (수소) | 기체 발생 (수소) | 기체 미발생 |
| 전기전도성 | 전류가 흐른다. | 전류가 흐른다. | 전류가 흐르지 않는다. |
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