본 연구에서는 고등학교 과학 교과서에 제시된 중화반응 실험에서 반응이 일어날 때 부피가 증가하는 현상에 대한 학생들의 인식을 조사하고 이에 관한 실험을 수행하여 그 원인을 분석하였다. 서울 소재 대학교 화학전공 2학년 학생들을 대상으로 이 현상의 원인에 대한 인식을 조사하였다. 조사결과 학생들의 대답은 단순히 물의 생성에 의한 부피 증가, 중화열에 의한 부피 팽창, 분자의 배열 변화 등의 의견을 가지고 있었다. 온도를 통제한 실험을 설계하여 염산과 수산화나트륨의 중화반응을 수행하였을 때 온도의 영향은 측정 오차범위 안으로 들어갈 만큼 적게 나타났다. H+와 OH- 이온으로 존재할 때와 물로 존재할 때의 부피 차이로 물의 생성에 의한 부피 증가의 영향은 이온과 물 분자의 크기를 비교했을 때 그 영향이 크지 않은 것으로 추정되었다. 이온에 의한 물 속 분자들의 배열 변화의 영향은 관찰된 중화반응에 부피 증가량과 비슷한 값을 주어 이 영향이 실질적 원인으로 분석되었다. 즉, H+와 OH- 이온의 주변으로 물 분자가 방향을 가지고 모이면서 물 분자 사이의 배열이 달라지고 전체적으로 물의 부피가 축소되어 있던 것이 중화반응이 일어나면서 H+와 OH- 이온의 수가 급격하게 줄어들면서 부피가 증가한 것으로 해석되었다.

In this study, we analyzed the factors causing a volume increase in neutralization reaction experiment presented in high school science textbook. Second graders majoring in chemistry at a university in Seoul were investigated on their conceptions of the experimental result. Students showed such opinions that the volume increased just as much as the amount of water produced, the volume expanded due to the heat of neutralization, molecular rearrangement caused volume change, and so on. Experiments were performed to decide factors that have dominant effects. In an experiment controlling temperature factor, volume change was observed to be within measurement error range. The effect of volume increase by the amount of water produced was also estimated to be negligible. The volume change due to molecular rearrangement by ion in the water was estimated to be similar to the amount of the observed volume in neutralization reaction. Concludingly, it was understood that the volume of water being reduced by H+ and OH- ions, resumed back with a drastic decrease of H+ and OH- ions when the neutralization reaction occurred.