인공 눈 만들기 | 흡수성 폴리머 실험

인공 눈 만들기 실험은 흡수성 폴리머(SAP, Super Absorbent Polymer)를 활용해 눈처럼 보이는 물질을 만들어보는 간단하고 흥미로운 과학 활동입니다. SAP는 다량의 물을 흡수하여 부피를 수십 배 이상 팽창시킬 수 있는 고분자로, 기저귀, 생리대, 제설제 등에 사용됩니다. 이 실험은 고분자 물질의 흡수 특성을 관찰하고, 그 구조와 작용 원리를 이해하는 데 목적이 있습니다.

실험 목표

흡수성 폴리머의 흡수 원리를 관찰하고, 이를 이용해 눈처럼 보이는 인공 물질을 만드는 실험을 통해 고분자와 물리적 팽창 반응의 특징을 탐구한다.

실험 준비물

• 흡수성 폴리머 (아크릴산 나트륨 공중합체, 기저귀 내부에서 추출 가능)
• 깨끗한 물 (찬물 추천)
• 종이컵 또는 비커
• 스푼 또는 유리막대
• 색소(선택, 색 있는 인공 눈 만들기)
• 기저귀(흡수성 폴리머 직접 분리 시)
• 가위, 여과지 또는 체(기저귀용)

실험 방법

1. 흡수성 폴리머 준비

• 기저귀를 가위로 조심스럽게 절단해 내부의 하얀 가루(SAP)를 꺼냅니다.
• 솜과 섞여 있으므로 체나 거름망을 이용해 흡수성 폴리머만 분리합니다.
• 이미 정제된 SAP를 사용할 경우 바로 사용 가능합니다.

2. 인공 눈 만들기

1. 종이컵 또는 비커에 흡수성 폴리머 소량(1g 이내)을 넣습니다.
2. 깨끗한 물(50~100mL)을 천천히 부어가며 섞습니다.
3. 몇 초 안에 흡수성 폴리머가 팽창하여 눈처럼 보이는 흰색의 젤状 물질이 생성됩니다.
4. 더 많은 물을 추가하면 더욱 말랑하고 부피가 큰 인공 눈이 만들어집니다.

3. 색 있는 인공 눈 만들기 (선택)

• 물에 식용 색소나 물감을 소량 섞은 후 SAP에 부으면 색이 입혀진 눈을 만들 수 있습니다.
• 무지개 인공 눈 만들기, 장식용 등으로 응용 가능

흡수 원리 및 반응

흡수성 폴리머의 구조

SAP는 아크릴산(또는 아크릴아마이드) 기반의 고분자로, 다음과 같은 반응을 통해 고분자 그물망을 형성합니다.

$$\text{n CH}_2\text{=CHCOONa} \xrightarrow{\text{중합}} [-\text{CH}_2\text{-CH(COONa)-}]_n$$

이 고분자 사슬은 다량의 -COONa(카복실산 나트륨)기를 포함해 물을 흡수하고, 그 구조 사이에 물 분자를 끌어들여 팽창하게 됩니다.

예상 결과

SAP 양 (g)	물 부피 (mL)	생성된 인공 눈 부피 (mL)	관찰 특징
0.5	50	약 100~150	부드러운 눈, 촉감 좋음
1.0	100	약 200~300	더 단단한 젤, 눈 뭉치 느낌
0.5	물+색소	약 120	색 있는 젤, 장식 가능

확장 실험 아이디어

• 온도에 따른 흡수 속도 비교 (찬물 vs 뜨거운 물)
• 염분 농도에 따른 흡수율 비교 (소금물에서 흡수량 감소 확인)
• pH 변화에 따른 SAP 팽창력 변화 관찰
• 다른 고분자(Slime, 젤라틴 등)와 비교

주의사항

• SAP는 식용이 아니므로 절대 먹지 않도록 주의합니다.
• 사용 후 하수구에 버리면 막힐 수 있으므로 일반 쓰레기로 버립니다.
• 젤 상태의 SAP는 미끄러우므로 바닥에 흘리지 않도록 합니다.

결론

흡수성 폴리머를 활용한 인공 눈 만들기 실험은 고분자의 흡수력과 팽창 원리를 직관적으로 이해할 수 있는 유익한 활동입니다. 단순한 놀이처럼 보이지만, 물질의 구조, 용해와 팽창, 환경 조건에 따른 반응 차이 등을 탐구할 수 있어 과학 수업이나 융합 활동에 적합한 실험입니다.

또한 본 실험을 통해 친환경 소재 개발, 보습제, 응급처치용 흡수제 등 실생활 응용 사례로의 확장도 가능함을 확인할 수 있습니다.