접촉각 측정을 통한 표면 장력 및 분자간 상호 작용의 이해 = (A) way to explain the concept of surface tension and intermolecular interaction by measuring the contact angle|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this research is to find a way to explain the concept of surface tension and intermolecular interaction by measuring the contact angle. To do this research, sampling method is used to investigate how deeply the students understand the concept. After analyzing how it is explained in the curriculum and the textbook of 'Chemistry I', The contact angle are measured between various solid surface and liquid. These measurements are calculated r_(SV)and r_(SL) through the Antonow's and Berthelot's rule applying into the Young's equation.
First, according to the sampling questionnaire survey of 130 students, most of them understand surface tension as intermolecular interaction. However, they feel many difficulties for applying intermolecular interaction. Second, in the curriculum and the textbook of 'Chemistry Ⅰ', the objective of a class dealing with a surface tension is on explaining it as one of qualities which water has. But, recently, lots of evaluating questions are solved with a thorough understanding of intermolecular interaction which is dealt with in the subject 'Chemistry Ⅱ'.
The experiment is designed for explaining how to make students understand the intermolecular interaction by measuring the contact angle. In the result of measuring the contact angle of Water, Tetrachlorocarbon, Ethanol, the contact angle increases, as the value of r_(SV) increases. And if the surface of solid has polarity quality(hydrophilic), the interaction between the solid and liquid increases by decreasing the value of r_(SL). Through comparison contact angle of various liquids on the surface, we can know the contact angle is not necessarily increasing even though surface tension is increasing. And you can also know there are various causes to affect surface tension and contact angle. That is, if you drop different liquids on the same surface, as r_(SV) and r_(SL) is different, it can lead to wrong conclusion to compare intermolecular interaction.
In order to make the students understand the concept of surface tension and intermolecular interaction, the class method should be changed. It is not enough to observe the phenomenon. Teacher should explain the principle under the phenomenon, or he should develop a variety of experimental ways to show the interaction to the students.
It is effective way to explain the intermolecular interaction by measuring the contact angle. Considering the curriculum, however, it is desirable to apply it into the 'Chemistry Ⅱ' class rather than the 'Chemistry Ⅰ' class. It is inappropriate that the class in high school is affected by the evaluating questions. The content of curriculum should be consistent with the learning way, and the learning process should be correspond with the evaluation. Less content, more learning.

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국문 초록 (Abstract)

이 연구는 접촉각 측정을 통해 표면 장력 및 분자간 상호 작용을 이해할 수 있는 방안을 알아보고자 한 것이다. 이 연구를 위하여 인문계 고등학교 자연계열 학생 130명을 상대로 설문조사를 실시하여 학생들의 이해정도를 조사하였고, ‘화학Ⅰ’ 교육 과정 및 교과서에서 어떻게 다루고 있는지 알아본 후, 판과 액체의 종류에 따른 접촉각을 직접 측정하여 Young의 방정식을 적용한 Antonow's rule 및 Berthelot's rule에 의해 r_(SV) 와 r_(SL) 을 계산해 봄으로써 그 결과를 종합 분석하였다.
먼저, 설문 결과 학생들은 대부분 표면 장력을 분자간 인력으로 이해하고 있으나, 표면 장력이 크면 분자간 인력이 크므로 판의 극성 유무에 상관없이 접촉각도 크다고 응답하는 등 분자간 상호 작용을 적용하는 데 많은 어려움을 느끼고 있었다. 또한 ‘화학Ⅰ’ 교육 과정 및 교과서에서는 표면 장력을 물의 특성으로 그 현상만 다루는데 성취기준을 두고 있으나, 최근 평가문항들은 교육 과정과 달리 ‘화학Ⅱ’에서 다루고 있는 분자간 상호 작용을 깊게 알고 있어야 해결할 수 있는 문제들이 많 이 등장하고 있었다.
따라서 접촉각을 통해 분자간 상호 작용을 이해하기 위한 방안을 살펴보기 위하여 판의 종류에 따른 물, 사염화탄소, 에탄올의 접촉각을 측정한 결과 rSV 값이 증가할수록 접촉각과 rSL값은 작아짐을 통해 고체 표면이 극성(친수성)일수록 고체와 액체와의 상호 작용이 증가함을 알 수 있었다. 그러나 하나의 판에 떨어뜨린 여러 액체들의 접촉각 비교를 통해 액체의 표면 장력이 크다고 해서 반드시 접촉각이 크지 않음과 접촉각 및 표면 장력에 영향을 주는 요인은 다양함을 알 수 있었다. 즉 같은 판이더라도 서로 다른 액체를 떨어뜨렸을 때, rLV 와 rSV 값은 서로 다르기 때문에 계산된 rSL 값만으로 분자간 상호 작용을 서로 비교하는 것은 바람직하지 않을뿐더러 잘못된 결론을 이끌어낼 수 있다.
이러한 연구결과로 볼 때, 학생들이 표면 장력 및 분자간 상호 작용을 올바로 이해하기 위해서는 교과서에서 제시되고 있는 탐구활동을 현상만의 관찰이 아닌 그 원리를 이해하도록 수업을 바꾸거나 교과서 이외의 다양한 실험 개발을 통해 눈으로 직접 그 상호 작용을 경험하고 그 현상을 설명할 수 있도록 하는 것이 필요하다고 생각한다.
그러나 접촉각 측정을 통해 분자간 상호 작용을 이해하는 것은 교육 과정을 고려할 때 ‘화학Ⅰ’ 수업에 적용하는 것보다는 ‘화학Ⅱ’ 수업 중 분자간 상호 작용 단원에서 적용하는 것이 더 바람직하다고 생각된다. 또한 ‘화학Ⅰ’ 평가 문항에서 접촉각을 깊게 다루는 것으로 인해, 평가 때문에 학교에서의 수업방향이 교육 과정에서 벗어나는 것은 바람직하지 않다. 학습량을 줄임으로써 보다 의미 있는 학습을 할 수 있다고 생각하며, 교육 과정 내용과 학습 방법, 학습 과정과 평가는 일관성을 유지하여야 한다고 생각된다.

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이 연구는 접촉각 측정을 통해 표면 장력 및 분자간 상호 작용을 이해할 수 있는 방안을 알아보고자 한 것이다. 이 연구를 위하여 인문계 고등학교 자연계열 학생 130명을 상대로 설문조사를 ...

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