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Copy of 야광물질이 오랫동안 빛을 내게 할 수 있는 조건 만들기

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by

성욱 김

on 25 September 2013

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Transcript of Copy of 야광물질이 오랫동안 빛을 내게 할 수 있는 조건 만들기

야광물질이 오랫동안 빛을 내게 할 수 있는 조건 만들기

우리는 보통 가시광선이라는 빛의 파장을 통해 눈으로
물체를 보게 된다.
그래서 가시광선이 없는 밀폐된 암실이나 밤에는 전구나
형광등을 통해서 밝은 세상을 볼 수 있다.
그러나 우리는 어두운 곳에서만 유독 밝게 빛나는 야광이라는
물질을 잘 알고 있다.
어떻게 이 물질은 유독 어두운 곳에서만 밝게 빛나는 것일까?
또, 야광의 발광성질이 유한할지 무한할지 알아보고 만약
유한하다면 빛을 오랫동안 낼 수 있는 야광물질에는 어떠한
특성이 있는지 알아보도록 하자!



야광과 형광
야광 물질
은 빛을 받은 다음 빛이 제거된 후에도 오랫동안 빛을 내는 것이며,
형광물질
은 물체가 빛을 받았을 때만 빛을 내는 것입니다.

우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 야광물질에는 밤에 불을 꺼도 빛을 보는 야광별, 야광봉 등이 있으며, 형광 물질에는 형광펜 등이 있습니다
□샤이언스조: 김성욱(조장,20503), 손의윤(20509),
문지훈(20606), 신호준(20609)

지도교사 서민숙 Teacher

야광물질이 빛을 내는 원리
탐구 동기
(디페닐옥살레이트)

옥살산염에 페닐기가 2개 붙은 형태

분자식 : C14H10O4
분자량 : 242.227
녹는점 : 136℃



야광물질이 빛을 천천히 방출하는 이유는 무었일까?
양성자와 전자의 개수가 같고 각 궤도에서 안정적으로 운동하는 상태를 ‘바닥상태’라고 합니다. 그러나
안정적인 원자에 에너지가 들어오면 전자가 흥분
합니다. 흥분한 전자는 다른 궤도로 튕겨나가는데 이런 상태를 ‘들뜬 상태’라고 합니다. 흥분한 전자는 에너지를 방출하고 다시 원래의 자리로 돌아옵니다.
그러나 야광물질은 일반적인 전자와 다르게 곧바로 ‘바닥상태’로 돌아오는 것이 아니고 특별한 궤도를 올라타
면서 천천히 에너지를 방출하면서 떨어지게 됩니다. 그렇기 때문에 한동안 야광 빛을 보는 것입니다.






그림으로 보는 야광의 원리
준비 단계
본 실험으로 들어 갑니다^^~!
실험1)디페닐옥살레이트와 과산화수소수의
양과 비율에 따른 빛의 지속시간 변화

① 유리관에 디페닐옥살레이트 용액을, 플라스틱관에는 유성과산화수소를 아래의 표와 같은
용량으로 넣는다.









② 유리관 끝을 밀봉하여 플라스틱 관에 넣고, 유리구슬로 밀봉한다.
③ 어두운 곳에서 야광팔찌를 꺾어서 두 액체가 잘 섞이도록 한다.
④ 각각의 밝기를 비교해 본다.
⑤ 각각의 밝기가 얼마 동안 지속되는지를 관찰한다.
⑥ 용액의 양과 비율이 어떠할 때 야광팔찌의 빛이 오랫동안 밝게 지속되는지 알아본다.

왼쪽이 디페닐옥살레이트
오른쪽이 유성 과산화수소수 입니다.

어떻게 하면 야광 현상이 오랫동안 지속
될 수 있을까?
실험 결과
F(3시간 20분) >B(2시간10분)> A(1시간 50분) > C(1시간30분) >
D(1시간 20분)> E (50분)

이 화학반응 과정에서
유성 과산화수소수 (H2O2)는

디페닐옥살레이트가 분해
하는데(페놀+옥살 레이트)
촉매
역활을 한다.

촉매란, 화학 반응에 참여하여 반응속도를 변화시키지만 그 자신은 반응 전후에 원래대로 남는 물질이다. 화학 반응이 진행되려면 반응 물질이 활성화 상태를 거쳐야 한다, 활성화 상태는 반응 물질이나 생성물질보다 에너지가 높은 상태이므로 반응이 일어나려면 반응 물질이 충분한 에너지를 가지고 있어야 한다. 촉매는 반응 물질이 활성화에너지 보다 낮거나 높은 경로 반응이 일어나도록 한다. 활성화 에너지보다 낮은 경로로 반응이 일어나도록 하는 촉매를 정촉매라고 하며, 활성화 에너지보다 높은 경로로 반응이 일어나도록 하는 촉매를 부촉매라고 한다.
정촉매를 사용하면 반응 속도가 빨라진다.

이 실험결과를 보면 유성 과산화수소수의 양이 많을수록 야광봉의 밝기 시간이 줄어들었기 때문에
유성 과산화수소수는
여기서 정촉매의 역할을 한다고 볼 수 있다. 그러므로
야광봉 F
가 가장 오래 빛을 지니고 있었던 이유는 반응물질인
디페닐 옥살레이트
의 양이 가장 많았고 또, 반응 속도를 높여주는 유성 과산화 수소의 양이 가장 적었기
때문이다. 그래서 야광봉 F는 천천히 반응하여 빛을
오랫동안 지속 시켜주었던 것이다. 반면, 야광봉 E는 반응물질 디페닐 옥살레이트의 양이 가장 적었고 정촉매인 유성 과산화수소수의 양이
가장 많았기 때문에, 반응 속도가 매우 커져 빨리 반응물질이 분해 되어서 빛의 지속 시간이 가장 짧았던 것이다.



실험2. 야광물질에 쬐인 빛의 에너지에 따른
빛의 지속시간 변화

실험순서
① 같은 종류, 같은 크기의 야광스티커를 준비한다.

② 각 야광스티커를 형광등 빛, 자외선 빛, 블랙라이트 빛 등 다양한 빛
아래에 5분간 둔다.
→ 태양빛 외에 전등을 이용하는 빛의 경우 전등으로부터 놓는 거리도
일정하게 유지시켜 준다.

③ 어둠상자에 야광스티커를 넣고 빛을 발하는 시간을 측정한다.
→ 어둠상자의 안쪽은 검게 칠하도록 한다. 어둠상자를 들여다 보기 위한
작은 구멍이 필요하며, 최대한 작게 뚫어 야광스티커가
어둠상자의 구멍으로 들어온 빛의 영향을 받지 않도록 유의한다.

④ 야광스티커를 전등 빛에 노출시키는 시간을 달리하여
빛을 발하는 시간을 측정한다.

⑤ 어떤 빛을 비추었을 때 가장 오랫동안 빛을 내는지 알아본다.


실험 결과
야광스티커의 밝기는
블랙라이트 ,
형광등 ,적외선 전구 순서
로 빛을 지속
시켰다. 또, 장시간 빛에 노출 시킬수록
더욱더 지속시간이 길어졌다.
그 이유는 야광물질은 빛을 받아 에너지 준위가 높아
져서 나중에 에너지 준위가 서서히 내려가면
서 에너지를 방출한다. 그러므로
높은 준위의
에너지를 흡수하게 되면 그 만큼 에너지 준위를
방출하게 되므로 더욱더 오랜시간 동안 에너지를
방출한다.

이 실험에서 사용한 적외선,가시광선,적외선의 에너지
준위를 비교해보면 자외선(라이먼계열)>가시광선
(발머계열)> 적외선(파센계열)
이다. 그러므로 블랙라이트,형광등,적외선 전구 순으로
밝기가 지속 되었다.



실험3. 야광물질이 반응하는 동안의 온도에
따른 빛의 지속변화

준비물 : 디페닐옥살레이트, 유성과산화수소수,
주사기(1ml ,3ml), 유리관, 고무관, 고무구슬, 성냥, 암실, 뜨거운 물, 차가운 물, 비커
실험순서 : ① 유리관에 디페닐옥살레이트 용액을, 플라스틱관에는 유성과산화수소를 넣는다.
② 유리관 끝을 밀봉하여 플라스틱 관에 넣고, 유리구
슬로 밀봉한다.
③ 어두운 곳에서 야광팔찌를 꺾어서 두 액체가 잘 섞이도록 한다.
④ 뜨거운 물과 차가운 물에 각각 집어넣어본다.
⑤ 어두운 곳에 넣어서 두 팔찌를 관찰해본다.

실험 결과
야광 팔찌를 뜨거운 물과 차가운 물에 넣으니
뜨거운 물에 넣어진 야광 팔찌가 훨씬 더 밝게 빛났던 것을 한눈에 알 수 있었다. 그 이유는 야광 팔찌 안에서 일어나는 디페닐옥살레이트와 유성과산화수소수와 같은 용액들의 반응에서 알아 볼 수 있었는데 뜨거운 물 속 일수록 즉,
온도가 높을수록 분자의 운동이 활발해져 더욱더 반응속도가 빨라지게 되어
서 그런 것이다. 그러므로 야광팔찌의 빛의 지속시간을 길게 해주려고 한다면, 온도를 낮추어 분자의 운동 속도를 늦춰 화학반응이 천천히 일어나도록 해주어야한다.

감사합니다.^^
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