접촉각 측정으로 본 표면 장력 관련 교육 내용 및 고등학껓 학생들의 이해 분석 (An analysis of education contents and high school students' understanding related to surface tension based on the contact angle measurement)

이 연구에서는 극성 액체인 물, 에탄올 및 비극성 액체인 사염화탄소를 극성 표면인 유리왿� 비극성고체인 PVC왿� 테플론판 위에 떨어뜨린 후 접촉각을 측정하고, 액체-증기, 고체-증기, 및 고체-액체의 경계간의 자유에너지(γLV, γSV, γSL )왿� 표면장력을 계산하였다. 접촉각의 크기는 액체의 종류 또는 표면장력 뿐 아니라, 고체 판의 특성에 따라서도 달라진다는 것을 확인하였다. 또한, 접촉각의 크기는 액체의 표면 장력의 크기왿� 반드시 일치하지는 않았다. 7차 교육과정의 ‘화학Ⅰ’ 교과서 8종과 여러 평가 문항들을 분석한 결과, 접촉각과 표면 장력의 크기를 단순히 분자 간 인력에 따라 비례하는 것으로 표현하는 경우가 있었고, 교육과정에서 요구하는 수준을 넘거나 현실적으로 관찰되지 않는 상황을 제시하는 경우도 있었다. 고등학껓 학생들은 접촉각, 표면장력 그리고 분자간 인력에 관련된 이해가 부족한 것으로 나타났다.

Interfacial free energies(γLV, γSV, and γSL ) were calculated from the measured contact angles between various solid surfaces and liquids. Polar liquid, water and ethanol, as well as non-polar liquid such as carbon tetrachloride were examined on the polar surface such as glass as well as non-polar surface PVC and Teflon. The contact angle showed dependence on characteristics of both liquids and solid surfaces. More importantly, the order of contact angle did not agree with that of surface tension. From the analysis of 8 types of 'Chemistry I' textbooks and several assesment items, the errors are found that the contact angle and surface tension are proportional to intermolecular interaction. In some cases, the required knowledge is above current educational level or some unrealistic situation is used as an example. The high school students are appeared to be incomprehensible to complex relationships between contact angle, surface tension, and intermolecular interactions.