[소년중앙] 플라스틱·종이·고무…재료 성질 알면 설계도 뚝딱

중앙일보

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‘과학, 실험, 으악 따분해!’라고 느낀 적 있나요. 이제 걱정하지 말아요. 소년중앙이 집에서 준비할 수 있는 물건으로 재미있는 실험을 시작합니다. 초등학교 과학 연구 교사 모임 아꿈선(www.아꿈선.com)과 함께하는 소꿈연구실이에요. 소꿈연구실에서 가벼운 실험을 하나씩 성공하다 보면 과학과 친해질 수 있을 거예요. 차근차근 따라 해 보고, 소년중앙 홈페이지(sojoong.joins.com)에 인증도 해봅시다.

「

물질의 성질을 이용한 연필꽂이 만들기 (3학년 1학기 2단원 9차시)

」

1. 준비물

[소년중앙]

주변서 흔히 발견할 수 있는 고무, 고무줄, 휴지심, 플라스틱 통, 스펀지

2. 실험과정

[소년중앙]

① 연필꽂이를 만들 때 어떤 물질을 사용할지, 어떤 성질을 이용할지 등을 생각해야 합니다. 고무의 부드럽고 잘 미끄러지지 않는 성질, 고무줄의 잘 늘어나고 잘 묶는 성질, 휴지심의 단단한 성질, 플라스틱 통의 투명한 성질, 스펀지의 충격 줄이는 성질을 파악해 설계합니다.

[소년중앙]

② 연필꽂이의 크기와 모양을 정합니다. 연필보다 낮아야 빼기 편하니 연필 길이 고려해 높이는 13㎝로 정했죠. 플라스틱 통과 휴지심을 붙여 원통형으로 만들 거예요. 각각의 성질에 따라 플라스틱, 종이라고 구분해 적습니다. 플라스틱 통의 끝에 있는 마개는 잘라 평평하게 합니다.

[소년중앙]

③ 두 원통을 잘 늘어나는 고무줄로 고정하고 플라스틱 통의 끝부분은 넓은 고무테이프로 감싸 손을 다치지 않게 보호합니다.

[소년중앙]

④ 연필꽂이 안쪽 바닥에는 충격을 줄이는 성질의 스펀지를 깝니다. 연필심이 충격받아 부러지는 일을 방지하는 거죠.

[소년중앙]

⑤ 연필꽂이가 미끄러지지 않게 면적이 넓은 고무를 연필꽂이 바깥쪽 바닥에 붙입니다.

오늘의 개념

1) 당구공 덕분에 만들어진 플라스틱

[사진 pixabay]

여러분이 자주 쓰는 빗을 보세요. 플라스틱이 대부분일 겁니다. 플라스틱이 나오기 전 빗은 무엇으로 만들었을까요. 많은 자연 재료 중 코끼리 상아가 인기였죠. 비싼 재료라 가난한 사람은 얻기 힘들었죠. 상아는 단추, 상자, 피아노 건반 등 다양한 제품에 썼습니다. 상아를 구하기 위해 코끼리가 많이 희생됐어요. 코끼리의 불필요한 죽음이 중단된 건 당구 덕분입니다. 1800년대 미국에선 당구 인기가 높았죠. 당구공은 상아로 만들었는데 상아 하나당 당구공 3개 정도 제작했어요. 코끼리 1마리당 당구공 6개꼴이죠. 대개 공을 16개 사용했기에 당구대 하나에 코끼리 3마리가 필요한 셈이었습니다. 이대로 두면 코끼리는 사라졌겠죠. 당구 사업에 뛰어든 당구 선수 마이클 펠란(Mike Phelan)에게 이는 좋지 않은 소식이었습니다. 펠란은 1863년 새로운 당구공을 개발하는 이에게 1만 달러 가치의 금을 내걸었죠. 당시 1만 달러는 현재 기준 약 40억원입니다.

한 과학자가 상아를 대체할 당구공 재료를 만들었는데 그것이 바로 최초의 플라스틱 셀룰로이드였습니다. 안타깝게도 최초의 플라스틱은 발명한 사람에게 금을 가져다주지 못했죠. 1869년 존 웨슬리 하얏트(John Wesley Hyatt)가 발명한 셀룰로이드로 만든 당구공은 탄성이 부족했고 충격에 약했어요. 당구공의 이상적인 재료는 1907년 화학자 리오 베이클랜드(Leo Baekeland)에 의해 만들어졌습니다. 그는 석유 부산물에서 최초의 인공합성 플라스틱인 베이클라이트(bakelite)를 개발했습니다. 이 플라스틱으로 만든 당구공을 무게도 적당하고, 충격에 강하며 탄성도 괜찮았죠.

2) 천연고무와 합성고무

고무가 고무나무에서만 나온다고요? 아니에요. 석유에서도 고무가 나옵니다. 정말이냐고요? 고무를 알아볼까요. 먼저 여러분이 알고 있는 고무나무는 고무라는 수액을 분비하는 나무들을 말해요. 고무나무 줄기나 잎을 자르면 하얀 액체가 나오는데요. 이것을 굳힌 것이 천연고무죠. 고무나무는 한 종류만 있는 게 아니랍니다. 다양한 종류의 나무에서 고무가 나오고, 나무별로 나오는 고무의 특징도 달라요. 야생에서 43m까지 자라는 아마존에서 많이 볼 수 있는 파라고무나무, 30m까지 자라는 인도고무나무, 실내에서 키우기 좋은 멜라니고무나무 등 다양하죠.

고무나무에서 얻은 수액을 굳히기만 하면 고무로 물건을 만들기 어려워요. 여름에는 끈적끈적하게 녹고 고약한 냄새까지 나죠. 겨울에는 딱딱해지고요. 예전에는 널리 쓰이지 않았죠. 문제를 해결한 사람은 미국의 화학자 찰스 굿이어(Charles Goodyear)예요. 굿이어는 고무 관련 연구를 39년이나 할 정도로 엄청난 끈기와 집념의 소유자죠. 그는 오랜 연구 끝에 1839년 천연고무에 황을 첨가해 가열하는 방법을 개발, 천연고무의 결점을 해결합니다. 이 방법이 널리 알려지면서 고무 시대가 열렸죠. 사람들이 고무를 많은 곳에 사용하면서 문제가 생겼죠. 늘어나는 고무 사용량에 비해 고무나무에서 얻을 수 있는 고무의 생산량은 한정됐기 때문이죠. 과학자들은 천연고무를 대체할 합성 고무 개발에 심혈을 기울였죠. 그 결과 석유 등의 원료로부터 고무를 만드는 데 성공했습니다.

정리=강민혜 기자 kang.minhye@joongang.co.kr, 도움말=김선왕 아꿈선 영상팀장