드라이아이스와 아이스케이크의 관계

(2)탐구의 동기
: 내 동생 생일에 우리 집은 모여서 아이스케이크를 먹었다. 그런데, 아이스케이크와 함께 드라이아이스가 놓여 있었다. 처음 아이스케이크를 먹었었는데, 매우 신기했다. 그런데 갑자기 문득 ‘왜 드라이아이스는 아이스케이크를 녹지 않게 할까? 라는 생각이 들었다. 때마침 나는 과학탐구주제에 대해 고민하던 터라, 이 주제를 한 번 해 보았다.

과학 탐구 활동 보고서



(1)탐구주제
: 드라이아이스는 왜 아이스케이크를 녹지 않게 해줄까?

(2)탐구의 동기
: 내 동생 생일에 우리 집은 모여서 아이스케이크를 먹었다. 그런데, 아이스케이크와 함께 드라이아이스가 놓여 있었다. 처음 아이스케이크를 먹었었는데, 매우 신기했다. 그런데 갑자기 문득 ‘왜 드라이아이스는 아이스케이크를 녹지 않게 할까?’ 라는 생각이 들었다. 때마침 나는 과학탐구주제에 대해 고민하던 터라, 이 주제를 한 번 해 보았다.

(3)탐구방법과 절차
-방법: 인터넷조사
-절차: 가설 설정→자료 수집→종합과 분석

(4)내용
1. 가설 설정
: 드라이아이스의 흰 연기 덕분에 아이스케이크가 녹지 않고 보존되는 것이다.

2. 자료 수집
-드라이아이스의 정의
: 고체탄산이라고도 한다. 우리 주변에서 드라이아이스는 아주 가까이에서 찾아볼 수 있다. 아이스크림을 녹지 않게 집까지 포장해서 가지고 올 때 아이스크림과 함께 넣어 주는 흰색의 덩어리는 얼음처럼 생겼지만 얼음과는 전혀 다른 물질이다. 드라이아이스라는 이 물질은 고체상태에서 녹아 바로 기체로 변화하는 승화성을 띠기 때문에 주위의 열을 흡수…(생략)

드라이아이스 [dry ice ] | 네이버 백과사전

-드라이아이스가 보존되는 시간
: 정도에 따라 다르나, 단열이 잘 되고 표면적이 적은 포장을 잘 하면 거의 하루 정도를 보존 할 수 있다. 단열을 위해서는 스티로폼의 두꺼운 상자를 이용하고, 완전 밀폐가 될 수록 더 많은 시간 보존할 수 있다. 드라이아이스의 크기는 약간 큰 편이 좋고 정육면체에 가까운 형태가 표면적이 적어 좋다.

-드라이아이스의 실온에서의 연기의 성분
: 고체의 드라이아이스는 승화가 되면서 많은?열을 흡수하게 된다. 그렇게 되면 주변의 온도는 열을 드라이아이스에게 빼앗기기 때문에 온도가 낮아지게 된다. 낮아진 온도 범위에 있던 수증기가 차가워지면 액체의 물방울로 변하는데, 물방울의 크기가 너무 작아 동그랗게 맺혀 떨어지지 못하고 연기처럼 보이는 것이다.

-드라이아이스를 물에 넣었을 때 나오는 흰 연기의 성분
: 드라이아이스는 매우 낮은 온도로 유지되는 물질인데, 물속에 들어가면 바로 승화하여 기체로 변한다. 이것이 물위로 떠오르는데, 순수한 이산화탄소이며 온도가 매우 낮으므로 기체방울이 그대로 보이는 것이다. 가스가 닿는 곳은 순간적으로 얼음이 생기고 녹는 평형상태가 유지된다. 그러면서 공기 중으로 나오게 되면 가스의 온도가 매우 낮고 물위의 공기 중에 많은 수증기가 포화되면서 안개로 변하는 것이다. 그러니 물속에서는 이산화탄소가 있는 것이고 물 밖에서는 이산화탄소에 의해 공기 중의 습기가 안개로 변하면서 흰 연기가 생기는 것이다. 물의 온도가 높을수록 안개는 더 진해진다.

-드라이아이스를 액체로 바꿀 수 있는 방법
: 드라이아이스를 5.11 기압 이상의 높은 기압에서 -56.4도 이상으로 온도를 높이면 액체 이산화탄소를 볼 수 있을 것이다. 하지만 드라이아이스를 액체로 바꾸면 단점이 더 많다. 항상 기압을 5.11기압 이상으로 맞춰야하며, 부피도 고체보다 높아지게 되고 운반상의 위험도 있다. 또한, 실온으로 가져오면 바로 기화해버린다. (기압이 확 낮아지기 때문에 바로 기체로 변해버린다.)

3. 종합과 분석
: 드라이아이스의 정의는 고체탄산, 물질을 차갑게 유지시키는 냉각제로 널리 쓰인다. 온도는 약 -78도 이며, 우리가 살고 있는 1기압에서 5.11기압으로 변환하면 액체로 바꿀 수 있다. 실온에서의 드라이아이스의 흰 연기의 성분은 드라이아이스의 기화로 인해 매우 차가운 이산화탄소가 주변의 열을 빼앗아서 수증기가 차가워지게 되어 액체 물방울이 되는데, 방울의 크기가 너무 작아 동그랗게 맺혀 떨어지지 못하고 연기처럼 보이는 것으로 이산화탄소가 아니다. 드라이아이스를 물에 넣었을 때의 흰 연기도 실온에서의 흰 연기와 같다. 드라이아이스는 단열이 잘 되고 표면적이 적은 포장을 잘 하면 거의 하루 정도를 보존 할 수 있다.



(5)결론
: 드라이아이스가 승화할 때의 차가운 이산화탄소가 아이스케이크를 보존할 수 있게 만들어 주는 것이다.



(6)알게 된 점 및 느낀 점
: 난 처음엔 드라이아이스의 흰 연기가 그저 이산화탄소 인줄만 알았다. 하지만 알고보니 그 하얀 연기는 드라이아이스가 승화한 매우 차가운 이산화탄소가 주변의 열을 빼앗아서 수증기가 차갑게 변하여 물방울이 되는데, 물방울의 크기가 너무 작아 동그랗게 맺혀 떨어지지 못하고 연기처럼 보이는 것이였다. 또한 나는 드라이아이스를 물에 넣을 생각조차 못했는데, 그 실험결과를 보니 물에 넣은 드라이아이스의 흰 연기는 실온에서의 드라이아이스의 흰 연기와 거의 같았다. 그리고 이산화탄소를 액체로 만들 수 있다는 것도 처음 알게 되었다.
과학 탐구 활동을 다하니, 기분이 좋았다. 무언가 후련하며, 한 동안 했던 이 숙제를 더 이상하지 않게 되니 무언가 빠진 느낌이 들었다. 이번 탐구는 알게 된 것이 매우 많아서 더 뜻있었던 것 같다.