금속의 종류와 액체의 성질에 따른 금속의 부식 창의적 산출물 연구 보고서 부명 초등 학교 임재윤 지도교사 노지은선생님 창의적 산출물 연구 보고서 금속의 종류와 액체의 성질에 따른 금속의 부식 지도교사 : 신 옥 형 학 번 : 1 2 0 5 1 0 이 름 : 임 재 윤 부명 초등 학교 임재윤 지도교사 노지은선생님

차 례 1 . 연구 동기 2 . 연구 일정 3 . 사전 조사 - 산화와 환원, 부식 4 . 연구 내용 - 가설, 실험 방법, 결과 5 . 결론 및 분석 6 . 느낀 점 - 참고 사이트 및 문헌

1. 연 구 동 기 뉴스를 통해 인양된 흉물스런 침몰선이나 곧 쓰러질 듯 위험한 다리를 보면서 금속은 왜 녹이 슬게 되고, 생활에 어떤 영향을 주며, 방지할 방법은 무엇인지 의문이 생겼다. 금속의 표면에 붉은 빛을 띤 갈색물질이 옷이나 손에 묻으면 쉽게 지워지지 않는데 이 물질이 녹이며 부식의 한 형태이다. 산화란 무엇이고, 부식 이외의 산화는 어떤 것이 있고, 이용되거나 예방할 수는 없는지 궁금해서 용액의 성질과 금속의 종류에 따른 부식에 관해 연구해 보았다.

2. 연 구 일 정 - 7월 10일 수 ~ 7월 25일 목 : 탐구 계획 및 실험 준비 - 7월 27일 토 ~ 8월 6일 화 : 1차 실험 (11일간) - 8월 19일 월 ~ 9월 1일 일 : 2차 실험 (14일간) - 9월 2일 월 ~ 9월 8일 일 : 결과분석 및 정리 - 9월 9일 월 ~ 9월 17일 화 : 보고서 작성 및 제출 - 9월 18일 수 ~ 9월 24일 화 : 발표 준비  1차 실험 준비물

3. 사전조사 – 산화와 환원 어떤 물질이 전자를 잃는 화학반응을 산화, 전자를 얻는 화학반 응을 환원이라 한다. 화학반응에서 전자를 잃고 산화되는 물질이 있으면 반드시 다른 물질이 그 전자를 받아들여 환원된다. 따라서 산화와 환원은 언제나 동시에 일어나며 전자를 주고받아 산화와 환원이 함께 일어나는 반응을 산화환원반응이라고 한다. 산화반응으로 황화철, 산화철 등의 산화물, 대기 오염물질 등이 만들어지며 전기 화학 반응, 연소, 동물 몸 속에서 산소와 음식물 이 결합하여 이산화탄소, 물, 에너지가 서서히 생기는 소화과정이 있다. 환원반응은 질소, 수소로 암모니아를 만들 때, 광석에서 아연을 추출할 때, 금속을 도금할 때 이용된다.

3. 사전조사 - 부식 기체와 액체의 화학작용으로 물질이 파괴되어 가는 현상. 주로 금속에서 일어난다. ‘녹’은 흔히 볼 수 있는 부식의 한 형태로, 철이 습한 공기나 불순물이 섞인 물에 닿았을 때 표면에 생기는 붉 은빛을 띤 갈색 물질로 공기중의 산소와 철이 결합하여 생긴다. 금속 표면에서 부분적으로 반응이 일어나 구멍이나 틈을 만드는 국부부식, 넓은 면에서 일어나며 유용하게 쓰이기도 하는 균일부식 이 있다. 구리에 균일부식으로 생긴 녹청은 녹색을 띤 얇은 막이며 부식이 더 이상 진행되지 않도록 보호막 역할을 한다. 부식은 금속의 종류, 화학성분, 금속의 응력, 온도, 닿는 속도 등에 영향을 받고, 음극화 보호법, 피막법, 합금법 등으로 방지할 수 있다.

4. 연 구 내 용 가. 가설 - 용액 : 산도가 가장 강한 식초에서 부식이 가장 빨리 진행되며 다음으로 중성인 물, 염기성 용액인 주방세제, 공기의 순으로 녹을 관찰할 수 있을 것이다. - 물질 : 순수한 철, 페인트를 입힌 철, 주석도금강판, 니켈+크롬 합금강의 순서로 산화가 진행될 것이다. 나. 준비물 - 물, 주방세제, 식초, 철 클립, 페인트를 입힌 클립, 니켈+크롬을 주성분으로 한 합금강 못, 주석도금강판 할핀, 플라스틱 상자 4 개, 도자기 컵 16개, 계량컵, 견출지 등

4. 연 구 내 용 - 실험방법 1) 견출지에 공기,물,산성,염기라 각각 쓰고 플라 스틱 상자에 붙여 용액의 성질에 따라 4가지로 분류한다. 2) 컵을 4개씩 4쌍으로 나누어 물질의 종류에 따 라 철,페인트,도금,합금으로 구분하여 16개의 대조군을 준비한다. 3) 공기,물,산성,염기 4개의 상자에 각각 철,페인 트,도금,합금 4개의 컵에 넣는다. 4) 철 클립,페인트 클립,도금 할핀,합금강 못을 각각의 컵에 1개씩 넣는다. 5) 물상자 컵에 물, 산성상자 컵에 식초, 염기상 자 컵에 세제용액을 각각 40밀리리터씩 넣고 불순물이 들어가지 않도록 뚜겅을 덮고, 공기 상자 컵은 아무것도 넣지 않고 그대로 둔다. 6) 매일 관찰하며 사진을 찍고 실험일지에 기록 한다. <- 2차 실험 준비물과 16개 대조군

4. 연구내용 - 실험결과 A 1) 1차 실험 : 용액을 종이컵에 담았더니 새나와 실험을 계속 진행하기 어려웠고, 세제 용액의 농도가 낮아서 물과 산도 차가 적어서 비슷한 결과를 보였다. 2) 2차 실험 : 도자기 컵을 사용하고 물과 세제의 비율을 10:1에서 5:1로 높였고, 공기 중 습도를 기록하여 미치는 영향을 관찰했다. 3) 2차 2일 (80%) : 공기 컵 모두 변화 없고, 물컵은 도금에서 소량의 녹이 생겼고, 산성 컵은 합금에서만 기포와 투명한 막이 보였으며, 염기 컵은 페인트의 페인트가 벗겨지기 시작했다. [ 공기 2일 ] [ 물 2일 ] [ 산성 2일 ] [ 염기 2일 ]

4. 연구내용 - 실험결과 B 4) 2차 5일 (87%) : 공기 컵은 모두 변화 없고, 물 도금 컵의 녹이 늘어 붉게 변했고 녹 찌꺼기 가 떠다니며 다른 컵 바닥에 불순물이 가라앉아 있었다. 산성 합금 컵은 아무것도 보이지 않을 정도로 색이 진하고 탁해졌으며 녹슨 쇠 냄새가 나 고 다른 물체는 뚜렷한 변화 없었다. 염기 4개의 컵 바닥에 모두 불순물이 보였다. 5) 2차 8일 (66%) : 공기 컵은 모두 변화 없고, 물은 도금의 녹만 증가했으며 다른 물체는 변화 없었다. 산성은 모든 용액 표면의 불순물 막이 많아졌고, 페인트 컵은 용 액이 진하고 탁해졌으며, 합금 못 끝이 부식되어 있었다. 염기는 합금용액 이 진한 노랑색이고 그 외 물체 변화 없었다. [ 공기 8일 ] [ 물 8일 ] [ 산성 8일 ] [ 염기 8일 ]

4. 연구내용 - 실험결과 C 6) 2차 11일 (72%) : 공기 컵은 모두 변화 없고, 물의 도금과 철의 녹양이 증가했고 용액이 엷 은 황갈색이며 녹이 떠다녔고 그 외 변화 없었다. 산성의 합금 못의 껍질 이 모두 사라졌고 용액은 짙은 갈색이었으며 모든 용액이 진하고 탁했 다. 염기의 철과 합금의 녹양이 크게 증가했고 바닥에 녹 가루가 깔려 있 었으며 도금과 페인트 컵 바닥에 물체자국이 남아 있었다. 7) 2차 14일 (76%) : 공기 컵은 모두 변화 없고, 물의 도금과 철의 녹양이 증가했고 페인트 컵 에서도 녹이 생겨 불순물이 떠다녔다. 산성은 모두 지독한 녹과 식초냄 새가 났고 색도 가장 진하고 불투명했으며, 염기는 용액 모두 황갈색이 고 녹과 불순물이 많아졌고 도금 용액표면에 투명한 막이 생겼다. [ 공기 14일 ] [ 물 14일 ] [ 산성 14일 ] [ 염기 14일 ]

4. 연구내용 - 최종결과 1) 공기는 모든 물체에서 변화를 관찰할 수 없었다. 2) 물은 도금, 철 순으로 녹이 많았고, 페인트 용액은 노란색을 띠었으며 합 금은 거의 변화가 없었다. 바닥의 녹양은 도금, 철, 페인트 순으로 많았 고, 합금은 거의 남지 않았다. 도금 할핀과 철 클립 표면에 녹이 슬었다. 3) 산성의 합금용액은 진한 갈색으로 물체가 전혀 보이지 않았고, 페인트용 액은 진한 황갈색으로 거의 보이지 않았다. 철 용액은 연한 황갈색으로 물체가 희미하게 보였고, 도금용액은 연한 노란색으로 조금 불투명했다. 합금 컵 바닥에 녹이 두껍게 들러붙어 있었으며 페인트,철,도금의 순으 로 두껍고 진한 황갈색 둥근 띠가 남았고 합금 못 끝이 뾰족했다. 4) 염기용액은 합금, 철, 페인트, 도금의 순으로 갈색이 진하고 탁했고, 바 닥 녹 자국은 합금, 철, 도금, 페인트의 순으로 많았다. 합금 못표면 전 체에 녹이 덮여 있었고 도금 할핀표면은 도금이 군데군데 벗겨져 있었다. [물-물체] [물-바닥] [산성-물체] [산성–바닥] [염기-물체] [산성–바닥]

5. 결 론 및 분 석 1) 실험 기간 동안 습도는 58% ~88%로 덥고 습했지만 2주일간 공기중 에서는 4가지 물체 모두 녹이 생기지 않았다. 학용품처럼 오래 사용 하지 않는 단순한 물건은 철을 이용하는 것이 경제적이고 합리적이 다. - 도금 = 철 = 페인트 = 합금 2) 물속에서 합금 못은 거의 변화가 없었지만, 페인트 입힌 철은 소량 녹슬었고, 도금 할핀과 철 클립은 부식이 많이 진행되었다.비를 맞 는 건축물이나 시설물들은 부식에 강한 합금강을 이용해야 한다. - 도금 > 철 > 페인트 > 합금 3) 반면 산성 용액에서는 모든 금속에서 가장 강하고 심한 부식이 일어 났다. 특히 합금 못이 가장 크게 산화되었으며 페인트 클립,철 클립, 도금 할핀의 순으로 변화가 많았다. 공기나 물에서는 강한 합금이 산성에서 가장 약했고, 산성용액은 페인트를 녹일 수 있으며, 금속 표면을 손상시킨 후 부식이 일어나므로 초기에는 빠른 변화가 없었 으나 급격히 산화된다. - 합금 > 페인트 > 철 > 도금 4) 염기성 용액에서도 합금이 가장 많이 부식되었고 녹은 철, 도금, 페 인트 순으로 많았으므로 금속의 산화는 염기에도 많은 영향을 받지 만, 페인트는 염기에 더 강하다. - 합금 > 철> 페인트 = 도금

6. 느 낀 점 물질만 다르고 굵기,무게,크기,모양 등은 같은 물체로 실험하지 못한 것 과 실험 전후 물체의 길이,무게,부피 등을 비교하지 못한 것이 아쉽다. 실험 전 예상과 달리 녹은 물 속에서 가장 빨리 관찰됐지만, 전체 기간 동안 산성에서 가장 많이 부식되며 급격한 산화가 이루어졌다. 다음으 로 염기, 물, 공기의 순으로 진행되어 금속은 산 뿐만 아니라 염기의 영 향도 많이 받으며, 물질은 용액의 성질에 따라 조금씩 다른 변화를 보 임을 알게 되었다. 산성비는 문화재나 건축물에 심각한 손상을 입히고, 바닷가의 금속이 내륙지방보다 빨리 녹스는 것은 해풍에 영향을 받기 때문이다. 실험은 구하기 쉬운 학용품을 이용했으므로 지금과 같은 결과를 얻었 지만 페인트의 종류나 입힌 정도, 도금한 금속의 종류나 두께, 합금한 금속이 무엇인가에 따라 부식을 조절할 수 있으므로 용도에 따라 적 합한 방법으로 금속을 보호하여야 한다. - 참고 문헌 : 웅진 학습백과사전 물리,화학,기술,산업 –금속,녹,부식 등 why 화학 – 금속,산화환원반응,화학전지 등