아낌없이 주는 나무

유기화합물 명명은 IUPAC 규약 및 대한화학회에서 정한 규칙에 따른다.

(대한화학회(http://www.kcsnet.or.kr)에서는 1998 년 IUPAC 화합물 이름을 우리말로 표현하는 데에 필요한 원칙을

수정 발표하였다.)

​

유기화합물의 명명법 : 관용명(common name), IUPAC 명

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)

​

1. 알케인(Alkane)의 명명법

​

  ▣ 알케인: 단일결합을 가진 포화탄화수소, 파라핀(paraffin)계 탄화수소라고도 함.

  ▣ 일반식 : CnH2n+2 (n 은 C 의 개수)

가. IUPAC 명명법

  ① 포화탄화수소는 어미에 ‘-ane’을 붙여 명명한다.

      C1~C4는 methane, ethane, propane, butane 이란 관용명을 사용하고,

      C5 이상은 어미에 ‘-ane’를 붙인다.

     한글명은 그리스어 접두사에 접미어 “-에인”을 붙여 명명한다.

     그러나 널리 사용되고 있는 methane 부터 octane 까지의 경우에는 당분간 ‘-ane’를 ‘-안’으로 적는 것 을 허용한다

     (1998, 대한화학회 유기화합물명명 규칙).

  ② 가지 달린 화합물은 가장 긴 사슬을 기본명으로 하고, 가지의 위치가 되도록 작은 번호가 되도록 탄소원자에 아라비아

       숫자를 붙여서 결합위치-수-명칭을 기본명 앞에 붙여서 부른다.

       이 때 주사슬에 붙은 집단을 치환기(substituents)라 하고, 포화탄화수소의 치환기는 알킬기(alkyl group)라 한다.

       알킬기는 알케인에서 수소원자 한 개를 떼어낸 원자단으로 알케인의 이름에서 어미 ‘-ane’ 대신에 ‘-yl’을 붙여 명명

       하며 R 로 표시한다.

  ③ 2 개 이상의 동일 치환기가 주사슬에 연결되어 있으면 다이(di-), 트라이(tri-), 테트라 (tetra-) 등의 접두어를 사용한다.

  ④ 숫자와 숫자사이에는 쉼표를 넣고, 숫자와 문자사이에는 hyphen(-)을 사용하며, 마지막 치환기 이름과 기본 알케인의

       이름은 붙여서 쓴다.

  ⑤ 만일 2 개 이상의 다른 종류의 치환기가 존재하면, 알파벳순으로 배열하며, 이 때 di-, tri-, -tetra 등의 접두어는 알파벳

       순서를 고려하지 않는다.

       그리고 치환기 이름이 알파벳 순서규칙에 우선하는 쪽에 작은 번호를 붙인다.

나. 관용명(Common name)

  관용명은 alkane 의 이성질체를 "n-", "iso-", "neo-"의 접두사를 붙여 명명.

    ① n-alkane : 직선사슬 알케인

    ② isoalkane : 탄소의 직선사슬 끝에 methyl 기(-CH3)가 곁가지로 붙어 있는 알케인

    ③ neoalkane : 3 개의 methyl 기가 직선사슬에 붙어 있는 알케인

  ※ 알킬기(alkyl group)

     알킬기 : 알케인에서 수소가 하나 제거된 원자단으로 R 로 표시

     명명법 : 알케인의 이름에서 어미 ‘-에인(-ane)’ 대신에 ‘-일(-yl)’을 붙여 명명.

                   이때 수소원자가 1 개 모자라는 탄소원자의 번호를 '1'로 하고, 이 탄소 원자로부터 시작하는 탄소사슬 중 가장

                   긴 곧은 탄소사슬의 이름을 붙여서 명명.

   관습에 따라 가지를 가진 몇몇 알킬기 명명은 관용명을 사용한다.

3. 사이클로알케인(cycloalkane)

  ▣ 사이클로알칸(cycloalkane): 고리달린 포화탄화수소 일반식은 CnH2n.

  ▣ 명명법 : 알칸명에 접두어 ‘사이클로(cyclo-)’를 붙여서 부른다.

 ※ 치환기가 있을 경우 : alkane 의 경우와 마찬가지 방법을 따른다.

   ① 치환기가 있는 탄소를 1 번으로 한다 (단 치환기가 한 개인 경우 이름 앞에 1 은 생략)

   ② 치환기가 두 개인 경우 두 개의 치환기의 숫자가 낮은 번호가 되도록 명명한다.

   ③ 두 개의 다른 치환기의 경우 알파벳이 먼저 오는 것을 1 번으로 한다.

  ④ 2 개 이상의 다중결합이 있을 때에는 첫번째 다중결합의 탄소원자가 작은 번호가 되도록 한다.

       cyclopentene : 한 가지 구조만 가능하므로 번호가 필요없다.

       3-methylcyclopentene : 이중결합에서 번호를 시작하되 이중결합이 포함되게 한다.

       5- methylcyclopentene 이나 1-methylcyclopentene 가 아니다.

      CH≡CH 의 이름 '아세틸렌(acetylene)' 은 그대로 쓴다.

【 관용명 】

  에틸렌(ethylene), 프로필렌(propylene), 아세틸렌(acetylene)과 같은 몇 가지의 관용명이 쓰인다. (괄호안은 IUPAC 명)

  CH2 = CH2 ethylene (ethene)

  CH3CH = CH2 propylene (propene)

  CH ≡ CH acetylene (ethyne)

【다중결합 원자단】

   CH2 = CH - vinyl (ethenyl)

   CH2 = CH-CH2 - allyl (3-propenyl)

   CH ≡ C-CH2 - propagyl (3-propynyl)

​

5. 방향족 화합물의 명명법

  ▣ 방향족 화합물은 명명법이 체계화되기 이전에 널리 사용되었기 때문에 관용명과 IUPAC 명이 함께 사용되고 있다.

※ 벤젠의 유도체

가. 단일치환체

  ▣ 벤젠의 1 치환체들은 벤젠(bnezene) 앞에 치환기의 이름을 붙여서 명명.

【 페닐기(phenyl group)】

  ▣ 방향족 탄화수소를 아렌(arene)이라 부르고, Ar 로 표시.

  ▣ 방향족기의 종류: 페닐기(phenyl group) Ph, 벤질기(benzyl group)

6. 알코올의 명명법

  ▣ 알코올(alcohol) : 물 H-OH 에서 H 한 개가 알킬기로 치환된 것

  ▣ 일반식 : R-OH

【 IUPAC 명】

  ① 하이드록시기(–OH)를 가진 제일 긴 탄소사슬을 모체로 하고, alkane, alkene, alkyne의 어미 “–e”대신 “–ol”을 붙인다.

  ② 탄소사슬의 번호는 –OH 기가 붙은 탄소부터 번호를 붙인다.

  ③ 화합물에 불포화 탄화수소 C=C, C≡C 가 있으면, 이것을 포함하는 사슬을 모체로 하여  “–ol””이라는 접미사가 이름의

       끝에 오며 하이드록실기의 위치를 표시하는 숫자는 “–ol”의 앞에 놓는다.

       CH2=CHCH3OH (2-propen-1-ol)

  ④ –OH 기가 하나 이상인 화합물은 –OH 기의 수를 ‘–ol’ 앞에 di–, tri–, tetra– 등을 붙여서 명명한다.

  ② 한 분자 내에 하이드록실기가 카복실산(RCOOH), 알데하이드(RCHO), 케톤(RCOR) 등의 작용기와 같이 있을 때는

       –OH 기를 치환체로 취급하여 명명한다.

   글라이콜(glycol) : 하이드록실기(-OH) 2개가 서로 이웃한 탄소에 1 개씩 결합된 화합물.

                                  대표적인 글라이콜로 에틸렌글라이콜(ethylene glycol)이 있고, -OH 기가 2개 이상

                                  결합된 알코올은 글리세롤(glycerol), 솔비톨(sorbitol) 등이 있다.

7. 에테르/에터의 명명법

  ▣ 에테르(ether, 에터) : 알코올 ROH 에서 H 대신 알킬기 R'로 치환된 화합물.

  ▣ 일반식 : R-O-R'

 ① 일반적으로 alkyl 기 또는 aryl 기의 이름을 알파벳 순으로 쓰고 ether 를 붙인다.

※ 에폭사이드(Epoxides)

  ▣ 에폭사이드는 산소원자를 포함한 3 원자 고리 에터화합물로 옥시란(oxirane)이라고도 하며, 다음과 같은 것들이 있다.

8. 알데하이드와 케톤의 명명법

  ▣ Aldehyde : Carbonyl기(=CO)의 탄소 원자에 1개 혹은 2개의 수소가 결합된 화합물

                         >C=O carbonyl group CHO– aldehyde group

  ▣ Ketone : 카보닐기의 탄소에 다른 탄소 2개가 결합된 화합물

                      RCOR aliphatic ketone RCOAr alkyl aryl ketone

                      ArCOAr aromatic ketone

가. 알데하이드(aldehyde)

  ① 관용명 : 알데하이드의 명칭은 산화하여 생성되는 산(acid)의 관용명에서 유도된다.

                     산의 어미 –ic 또는 –oic 대신에 aldehyde 를 붙여서 부른다.

  ② IUPAC 명 : Alkane 의 어미 ‘–e’를 ‘–al ’로 바꾼다. (aldehyde 의 al 을 따온 것임.)

                    치환기가 들어 있는 알데하이드 화합물은 -CHO 기로부터 번호를 붙여 치환기의 위치를 표시한다.

                    이때 -CHO 의 탄소가 1 번이 된다.

   ③ 고리계통의 알데하이드는 carbaldehyde 로 끝나며 방향족 알데하이드는 IUPAC 명 외에 보통 이름이 흔히 더 많이

        사용된다.

  ③ 몇몇 케톤은 관용명을 사용한다.

  ◈  –COR 기를 치환제로 취급할 경우에는 아실(acyl)기라 부른다.

       –CHO : 포밀(formyl)기 –COCH3 : 아세틸(acetyl)기

       –COAr : 아로일(aroyl)기

  ◈ 만일 다른 관능기가 있어 카보닐 산소를 치환기로 취급하여야 할 때는 옥소(oxo-)의  접두어를 사용한다. 예를 들면

1. 알킬기

 ▣ 알킬리 (Alkyl group) : 분자내에서 탄소와 수소로 이루어진 부분을 말한다.

                                        특정 산소수를 지니는 알킬기의 구조는 동일한 탄소수의 알케인과 동일하지만 단지

                                        수소원자가 하나 결여 되어 있다.

                                        예를 들어 가장 작은 알킬기인 메틸기의 구조는 다음과 같다.

2. 반응 특성

결합하지 않은 상태의 알킬기는 유리기 (free radical)로서, 보통은 다른 유리기와 쉽게

반응하므로 존재하는 시간이 짧으므로 일시적인 반응 중간체 (intermediates)로 볼 수 있다.

알킬기가 생성되는 대표적인 반응의 예로서 알케인에 대한 염소의 결합반응

(Chlorination)을 들 수 있다. 이 반응은 염소 유리기가 광분해 (photodissociation)로

인해 생성된 후 알케인 등의 유기화합물 분자와 반응하는 과정을 포함한다.

염소자유라디컬은 알케인으로 부터 수소원자 하나를 가져와 결합하게 되고 알케인 등의 유

기화합물은 수소원자 하나늘 잃게 되어 알킬기가 된다.

이 반응의 경우 생성된 알킬기는 보통 염소원자 하나와 결합하여 염화알케인 (Chloro

alkane)이 된다.

​

#알킬기 #alkyl #탄화수소 #알케인 #수소원자 #중간체 #결합반응

▣ 지방족 탄화수소 유도체란 사슬형이나 고리형 탄화수소 중 벤젠고리를 가진 물질을 제외한 물질을 말한다.

     지방족 탄화수소에는 알케인 (alkane), 알켄(alkene), 알카인 등이 있다.

     이러한 물질에 치환기가 붙으면 유도체가 된다.

1. R 알킬기

 가. 알코올 (R - O - H)

  ① 사슬모양의 탄화수소의 수소원자가 - OH기로 치환된 화합물이다.

 ② 알콜의 구조상 분류 방법

   ㉠ 히드록시기를 1개 가진 것을 1가 알코올, 2개 가진것을 2가 알코올, 3개 가진 것을 3가 알코올이라 한다. 또한 2가

        이상의 화합물을 다가 알코올이라 한다.

   ㉡ 히드록시기가 1차 찬소원자에 결합하여 -CH2OH와 같은 구조를 갖는 것을 1차 알코올, 2차 탄소원자에 결합하면

        2차 알코올, 3차 탄소원자에 결합하면 3차 알코올이라고 한다.

   ㉢ 분자내에 이중결합 또는 삼중결합을 갖는 것을 불포화 알코올, 그렇지 않은 것을 포화알코올이라 하고 또한 방향족

        탄화수소의 곁사슬에 -OH가 치환한 것을 방향족 알코올이라 한다.

 ③ 알코올의 성질은 포함된 탄소수 및 히드록시기의 개수에 따라 달라진다.

   ㉠ 탄소수가 적은 알코올은 물에 잘 녹으며, 액성은 중성이다.

   ㉡ -OH에 의해 분자간에 수소결합을 형성하므로 끓는 점이 높다.  (메탄올 65 ℃, 에탄올 78 ℃ 등)

   ㉢ 메탄올, 에탄올, 프로판올, 에틸렌글리콜 (2가 알코올) 등이 있다.

​

나. 에테르 (C - O - R)

  ① 알코올에서 -OH의 H가 다른 알킬기로 치환된 화합물.

       에테르의 이름은 두개의 알킬기를 차례로 읽은 다음 '에테르'를 붙이되, 알킬기가 같은 경우 디 (di)를 붙인다.

  ② 에테르의 성질

    ㉠ 휘발성이 크며, 끓는 점이 낮고, 물에 녹지 않는다.

    ㉡ 탄소수가 같은 알코올과 이성질체 관계에 있다.

    ㉢ 디에틸에테르는 에탄올의 탈수반응으로 얻어지며, 마취성, 인화성으로 마취제에 많이 쓰이며, 무극성 용매로도

         쓰인다.

​

다. 알데히드 (O = C - H)

  ① 알데히드 (Aldehyde) : 일반식 RCHO이고 중성에 가깝다.

  ② 주로 알코올의 산화과정에서 부산물로 생기며, 이것은 다시 카르복시산으로 산화시킬 수 있다. 또환 환원성이 매우

       강력하여 환원제로 많이 쓰인다.

    ㉠ 펠링용액과의 반응

         Cu(2+)      +         RCHO       →      Cu2O↓    +         RCOOH

         펠링용액 (푸른색)                          붉은 앙금

    ㉡ 은거울 반응

         [Ag (NH3)2]+       +       RCHO      →        Ag ↓      +        RCOOH

​

라. 케톤 (RCOR')

  ① 2차 알코올을 산화시켜 얻으며 환원성이 없다. (산화되지 않는다)

  ② 아세톤 : 특유의 향을 지닌 무색 액체로 물, 벤젠에 잘 녹아 용매로 쓰인다.

       KOH      +           I2

       아세톤 → CHI3 (노란색) = 요오드포름 반응 (케톤의 검출)

    ※ 매니큐어를 지우는데 많이 쓰이고, 유기실험실에서 마지막 청소할 때 이 용액으로 세척한다.

        세척은 물과 유기물과의 용해성을 이용한 것이다.

    ※ 요오드 포름 반응을 하는 물질 : CH2H5OH, CH3CHO, CH3COCH3

​

마. 카르복시산 (RCOOH)

  ① 물에 녹아 약한 산성을 나타낸다.

  ② 수소결합을 하므로 끓는 점이 높다.

  ③ 알코올과 에스테르화 반응을 한다. (축합중합반응)

       이를 이용하여 의약품을 만들기도 한다.

       대표적인 것이 아스피린 (진통제)이다.

​

바. 에스테르 (RCOOR')

  ① 과일향이 나는 무색의 액체로 (오일형태를 띠는 경우가 많다). 물에 녹지 않는다.

      (좋은 향을 내는 물질의 대부분은 에스테르 구조를 갖는다. 휘발성이 강하다)

  ② 카르복시간 에스테르화 반응을 일으켜 얻는다. (축합중합)

  ③ 묽은 염산에 의해 가수 분해된다. = 에스테르화 반응의 역반응

  ④ 염기 (NaOH, KOH)를 넣고 가열하면 비누가 된다.

       집에서 가성소다(수산화나트륨)와 폐식용류를 이용하여 간단하게 비누를 만들 수 있다.

​

#지방족 #탄화수소 #알킬기 #에테르 #알데히드 #케톤 #가르복시간 #아세톤 #히드록시기 #이중결합 #삼중결합

▣ 탄화수소(Hydrocarbon)는 탄소(C)와 수소(H)만으로 이루어진 유기화합물을 말한다.

▣ 탄화수소의 종류

  ⊙ 지방족 - 사슬형  - 포화탄화수소

                                 - 불포화탄화수소

                   - 고리형 - 포화탄화수소

                                 - 불포화탄화수소

                                 - 방향족

  ⊙ 방향족

     ※ 지방족에는 알칸류, 알켄류, 알킨류, 치환족이 있다.

▣ 탄화수소의 특징

  ⊙ 탄소(C) 하나에 최대 4개의 원자결합이 가능한데 다중결합으로 갈수록 결합력이 커지고, 분자반지름은 작아진다.

  ⊙ 탄화수소는 분자사이의 인력이 작으므로 녹는점, 끓는 점이 낮다.

  ⊙ 원자 사이의 인력은 공유결합으로 강하고 안정감이 높다.

  ⊙ 극성 용매에는 녹지 않으며 비극성 용매에 잘 녹는다.

  ⊙ 연소시 이산화탄소, 물이 생성되며, 연료로 많이 쓰인다.

​

1. 알케인 (Alkane)

  ① 모두 단일결합으로 이루어져 있다.

  ② 사슬모양이며 분자식은 CnH2n+2 으로 나타낸다.

  ③ 분자량이 가장 작은 것은 CH4 (메테인, 메탄)이다.

  ④ 탄소와 수소만으로 이루어져 있다.

  ※ 이성질체 (Isomer) : 분자식은 같으나 분자내에 있는 구성원자의 연결방식이나 공간배열이 동일하지 않은 화합물

​

1. 물의 전기 분해란?

​

​

2. 물의 전기 분해 화학반응식 분석

​

3. 전해질 원리 및 분석

물의 전기 분해 장치는 다음과 같이 생겼습니다.

전원 장치에서 전류를 내보내고, 전극은

물과 연결되어 있습니다.

전자(e-)는 (-)극에서 (+)극으로 이동합니다.

​

각각의 전극은 유리관으로 덮어

발생하는 기체를 모으는 것이지요.

​

여기서 잠깐

H2O의 특징을 보자면,

​

물 분자(H2O) 중 매우 극소수는

H2O → H+ + OH-

스스로 "이온화"가 되는 특성이 있습니다.

(물의 자동 이온화)

​

이온화된, H+ 와 OH-가

각각의 전극에서

수소 기체와 산소 기체가 되는 것이지요.

​

또한,

물은 매우 극소수만 스스로 이온화되므로,

순수한 물은 전기전도성이 없습니다.

​

따라서

전류가 흐를 수 있도록

추가로 "전해질"을 넣어주어야 합니다.

각각의 (+), (-) 전극은

​

(-)극 : H가 전자를 받음.

H2기체 생성↑

​

(+)극 : O가 전자를 잃음.

O2기체 생성↑

​

화학 반응식

2H2O → 2H2(-극) + O2(+극)

​

생성된 기체 부피비는

​

H2(g) : O2​(g) = 2:1 로,

​

기체가 나오는 것을 알 수 있습니다.

​

​

각각의 기체는 다음과 같이 확인할 수 있지요?

​

산소 기체(O2)는 성냥 불씨가 잘 타오름.

수소 기체(H2)는 성냥이 펑 하고 터짐.

​

​

굉장히, 간단한 실험 같지만..

​

​

실제, 화학 반응에서 각 전극에서 일어나는

반응의 원리를 조금 더 심.층.적.으로 알아보겠습니다.

​

고등학교 화학 공부를 하다 보면,

물의 전기 분해 반응식이

중학교 때 배운 반응식과 달리

​

상당히 복잡한 걸 알 수 있습니다.

​

...???!!

​

​

각 (+), (-)극에서 일어나는 반응이

너무도 생소하게 느껴지는군요..

​

​

원리를 설명하기 전에

전체 반응식을 정리해 보겠습니다.

화학반응식에서 각각의 반응식은

방정식처럼 더하고 빼는 방식이 가능합니다.

(헤스의 법칙)

반응식을 보면,

​

(+)극에서 얻은 전자(e-)의 수

=

(-)극에서 잃은 전자(e-)의 수

​

합하면 서로 "상쇄"되어 사라지지요?

​

​

각 반응식의 H+와 OH-는 합하면,

H2O분자가 되는군요.

4H+와 4OH-가 만나

4개의 물 분자(4H2O)가 생성된 걸 알 수 있습니다.

​

​

6H2O에서 생성된 4H2O를 빼주면,

최종적으로, "2H2O → O2 + 2H2" 로 정리 끝!

​

다음으로, (+), (-)극에서 일어나는

화학 반응식의 원리를 알아볼까요??

원리에 대해 알아보기에 앞서,

​

위에서 말했다시피,

H2O는 스스로 이온화가 되는 성질이 있습니다.

​

H2O → H+(수소이온) + OH-(수산화이온)

물의 자동 이온화

​

실질적으론 다음과 같지만,

2H2O → H3O+ + OH-

(H3O+ : 하이드로늄이온)

​

반응식과 설명을 간단히 하기 위해

위와 같이 나타내겠습니다.

​

이 극소수의 이온화된

H+와 OH-이 각각 (+)극과 (-)극에서

전자 이동이 일어나는 것이지요.

​

​

각각의 반응은 그림과 같습니다.

(+)극, (-)극에서 일어나는 물의 전기분해 반응

"(+)극"은 O의 전자를 전극에게 제공합니다.

(산화 반응)

​

H2O가 H+와 OH-로 이온화가 되면,

H+는 뺏길 전자가 없으니, pass!

​

OH-에서 전극에 전자(e-)를 제공합니다.

​

OH-​는 H와 O로 이루어진 공유결합이지만,

전기음성도 개념에 의하면,

​

산소(O)는 수소(H)보다

전자를 잡아당기는 힘이 훨씬 강하답니다.

전기음성도 : 산소(O) : 3.5, 수소(H) : 2.1

​

따라서,

공유결합을 하고 있지만

실질적으론, H의 전자는 O에게

빼앗긴 격이 되는 것이지요.

​

OH-​에서

산소(O)에 전자가 8개 (O2-)가 되겠지요??

여기서,

O의 여분의 "전자 2개"가

전극으로 빼앗기게 됩니다.

​

O2- → O + 2e-

​

이 산소 원자끼리 결합하여

산소기체 O2(g)​를 생성하는 것이지요.

​

반응식으로 순서대로 정리하면 다음과 같겠습니다.

​

H2O → H+ + OH-

​

→ H+ + H+ + O +2e-

​

→ 2H+ + 1/2O2(g) + 2e-

​

​

"(-)극"은 전극에서 나오는 전자를

물질이 받는 반응(환원 반응)입니다.

​

마찬가지로,

H+와 OH-로 물이 이온화되었을 때,

​

이번엔,

전자를 받아야 하므로

OH-가 아닌, 전자가 부족한

H+가 전자를 받게 되는 것이지요.

​

위의 그림을 보면

H2O 하나 당 H+가 전자(e-) 1개를 받습니다.

H2O → H+ + OH- + e- → 1/2H2(g) + OH-

​

(+)극과 "잃고 얻은 전자의 수"​를 맞추기 위해선

전체 반응을 2배를 해야겠군요.

​

2H2O + 2e- → H2(g) + 2OH-

​

각각의 반응식에 x2를 해주면,

처음의 그림과 같은 화학 반응식이 나오는군요!!

​

(+)극은 OH-가 전자를 잃고(산화), O2(g) 생성

(-)극은 H+가 전자를 얻어(환원), H2(g) 생성

​

된다는 걸 알 수 있습니다.

​

​

최소 고등학교 화학1 이상의 개념이 필요하므로

중학교 학생들에겐 어렵게 느껴지겠습니당..

​

​

다음으로,

더욱 복잡한..

전해질의 원리를 알아볼까요??

​

전해질이란..?

​

전기 전도성이 없는 순수한 물(H2O)이

전류가 흐를 수 있도록 넣어주는 물질을

전해질이라 합니다.

​

​

전해질 원리를 그림으로 볼까요??

황산나트륨(Na2SO4)전해질의 흐름

전해질이 있는 수용액에 전류가 흐르면,

​

(-)극에서 오는 전자를 받기 위해,

양이온 (Na+)가 이동.

​

(+)극에 전자를 내보내기 위해,

음이온 (SO42-)가 이동.

​

그림과 같이 양이온과 음이온이

각각의 극으로 이동하여 전자를

제공받거나 제공하려 하지요.

​

but,

​

(-)극을 보면 실제로 전자(e-)를 제공받는 것은

Na+가 아닌 근처의 H+가 대신 제공받아

"H2가 생성"되는 것이지요.

Na+보다 H+가 더 전자를 받기 선호한다는 뜻.

(H+가 Na+보다 "환원"되려는 성질이 더 강함.)

​

​

(+)극도, SO42-가 전자​를 제공하는 것이 아닌,

근처의 OH-이 전자를 제공하는 것이지요.

SO42-보다 OH-속 O가 전자를 더 제공하기 쉽다는 뜻.

(SO42-보다 OH-가 "산화"되려는 성질이 더 강함.)

​

다소 의미가 어렵지요??

​

다시 말해,

전해질의 양이온과 음이온이

H+, OH-와 전자를 받거나 얻는 과정에서

"경쟁"한다는 뜻입니다.

누가 더 전자를 원하는가..?! ㅇ.ㅇ

​

​

누가 더 산화, 환원되려는 성질이 강한가에 따라

전해질이 될 수도 있고 아닐 수도 있습니다.

예를 들어,

전해질이 염화 구리CuCl2(aq)를 보겠습니다.

(-)극에서 H+대신, Cu2+가 전자를 받게 되면서,

Cu가 (-)극에서 석출되어 버립니다.

Cu2+가 전자를 얻으려는 성질이 더 강함.

​

(+)극에서도 Cl-가 전자를 제공하게 되면서,

Cl2(g)가 나오게 됩니다.

Cl-가 전자를 제공하려는 성질이 더 강함.

​

따라서,

CuCl2는 물의 전기분해 실험에서

"부적합한 전해질"이 되는 것이지요...

​

그림을 보면 볼트(V)가 있는 걸 알 수 있듯이,

이쪽과 관련된 개념은

"전기화학 개념"이랍니다.

내용을 이해하기엔 다소 어려움이 있지요..

​

​

흔히, 우리가 아는 개념으로는

금속의 이온화 경향성 크기가 있습니다.

​

K > Ca > Na > Mg > Al > Zn … > H > Cu > Hg …

​

각각의 원소가

이온화되려는 경향의 크기를 나타내지요.

Na → Na+

H → H+

Cu → Cu2+

​

Na은 H보다

Na+로 남으려는 성향이 더 강하기 때문에,

(-)극에서 전자가 들어오면,

H+가 받게 되지만,

​

Cu는 H보다

Cu2+로 남으려는 성향이 더 약하므로,

(-)극에서 전자가 들어오면

H+보다 먼저 전자를 챙겨 "환원" 되는 것이지요.

고등과정에선 이 정도 선으로만, 이해하셔도 충분합니당.

원소마다 전자를 얻는 정도를

(물질이 환원되려는 정도)

1M, 1atm에서 "H+, 0V를 기준"으로

전압으로 나타내는

대표적인 "표준 환원 전위 표"가 있습니다.

간단히만, 설명하자면

각 물질이 "환원될 때의 전압"을 나타낸 것이랍니다.

​

전압(V)이 높을수록 "환원"이 잘 됨. (산화가 잘 안됨.)

전압(V)이 낮을수록 "산화"가 잘 됨. (환원이 잘 안됨.)

​

표에서 Na+를 보면, -2.71V군요.

산화되려는 성질이 강한 놈입니다.

​

(-)극에서 환원 반응이 일어날 때,

Na+, H2O, Cu2+

를 비교해 볼까요?

​

Na+ : -2.71V

​

(-)극 H2O 반응 : -0.83V

표에서, 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- 참고

​

Cu2+​ : +0.34V

​

"전압 크기 순서"로 정리하면,

​

Cu2+ > H2O > Na+

​

즉, Cu2+가 환원되려는(전자를 얻는)성향이

가장 강하기에 H+보다 Cu2+ 우선적으로

전자를 받아 Cu(s)으로 석출되는 것이지요.

​

​

(+)극은 OH-나 전해질의 음이온이

산화 반응(전자를 잃는)이 일어나는 곳이지요?

​

다시 말해

OH-보다 산화하려는 성향이 약해야,

OH-가 먼저 산화되겠지요.

​

산화가 약하다는 것은,

환원하려는 성질이 강하다는 것이지요?

​

환원되려는 성질이 강한 놈은

표에서 오른쪽 위에 있는 물질들입니다.

17족 원소인 F가 있지요.

+2.87V로 가장 높게 나타납니다.

​

이러한 물질들은 환원되려는 경향이 강하니

본인이 산화되기 싫어하는 물질입니다.

​

(+)극의 물의 반응에서

환원전위 값이 1.23V이니

​

이보다 더 높은 값을 갖는 물질들은

(+)극에 작용하는 음이온으로써

적합한 전해질이 될 수 있는 것이지요.

​

단!

​

표의 기준이 모두 들어맞는 것은 아닙니다.

Cl-와 같은 경우,

환원전위가 1.23V보다 높지만,

Cl-는 OH-보다, (+)극에서 먼저

산화되어 Cl2(g)를 생성하기도 합니다.

(Cl-는 부적합한 음이온)

​

위의 표와 달리

실제 분해반응에서 OH-가 산화하기 위해선

더 높은 전압이 요구되기 때문이지요..

이러한 현상을 과전압이라고 합니다.

​

표는 어느 정도 참고 자료가 될 뿐입니다.

​

전해질로 쓰일 수 있는 대표적인 음이온들은

표에는 없지만,

SO42-, NO3- 등이 있습니다.

​

이러한 놈들은 앵간해선 산화하지 않기 때문에,

(+)극에서, H2O의 OH-가 산화하게 되는 것이지요.

​

#전기분해 #전기화학 #음극 #양극 #산화 #전자 #음이온 #전해질

1. 당량

 ▣ 당량은 영어로 equivalent weight 을 말한다.

      즉, 당량의 '량(量)'은 weight인 질량을 말한다.

      당량은 질량의 개념이다.

 ▣ 화학반응에서 당량은 아래 3곳에서 사용된다.

   ① 원소의 당량

   ② 산, 염기의 당량

   ③ 산화제, 환원제의 당량

 ▣ 이 중에서 가장 기본적인 원소의 당량에 대해 알아 보자.

   ⊙ 원소의 당량은 다음 식으로 나타낸다.​

여기서, 원자량은 탄소의 원자량을 12로 했을 때 다른 원소들의 상대적인 질량개념이다.

상대적인 값이므로 원자량의 단위는 없다.

   ex : C = 12, H = 1, O = 16, N = 14

원자가는 원소의 화학적 특성으로 '반응할 수 있는 최외각 전자수'라고 보면 된다.

     ex : H = 1, O = 2, C = 4, N = 3

​

이제 산소의 당량을 알아 보자.​

이제 공식처럼 외우기 전에 당량의 숨은 의미를 알아보자.

산소를 예로 든다면 원자 상태에서 불안전한 산소 원자가 화학반응을 할 때

안전한 비활성기체인 Ne (원자번호 10) 처럼 되기 위해서 보통 전자 2개가 필요한데

당량의 개념은 반응에 참여하는 전자수 1개 기준으로 정의된 질량을 말한다.

즉, 산소원자 1개가 전자 1개와 결합할 때 필요한 산소원자의 원자량이 산소원소의

당량인 것이다.

​

#당량 #원자가 #당량수 #원소 #질량 #원자량

화학의 기본이 되는 핵심 개념 중 하나인 산화수에 대해 알아 봅시다.

산화수는 화합물 내에서 원소의 산화 또는 환원 상태를 나타내는 중요한 지표로서,

화학 반응을 이해하는 데 필수적인 개념입니다.

산소가 화학반응하는 하는 것 뿐만 아니라 일상적인 화학 반응에서도 산화수가 어떻게 작용하는지

그 중요성과 변화 과정을 함께 살펴 봅시다.

쉽고 명확한 설명을 통해 산화수가 무엇인지,

이를 통해 화학 반응을 어떻게 분석할 수 있는지 알아보겠습니다.

​

산화수의 개념과 중요성

산화수는 화합물이나 이온에서, 원자가 가지고 있는 전자의 상태를 설명해 주는 숫자입니다.

간단히 말해서, 이 숫자는 해당 원소가 전자를 얼마나 많이 잃었거나 얻었는지를 나타냅니다.

더 나아가, 이 산화수를 통해 화합물 내에서의 원자 간 전하 분포를 이해할 수 있으며,

화학반응이 산화인지 환원인지를 판단하는 기준이 됩니다.

따라서 적절한 산화수를 파악하고 이해하는 것은 화학 반응을 예측하고 설명하는 데 매우 중요합니다.

​

산화수 결정 방식 및 의미

산화수를 결정하는 방식은 몇 가지 기본 규칙에 따릅니다.

예를 들어 순수한 원소의 산화수는 언제나 "0"이 되고,

이온화된 원소의 산화수는 이온의 전하와 같습니다.

또한, 복합 이온이나 화합물에서는 전체 산화수의 합이 "0"이 되거나 이온의 전하와 같아야 합니다.

이러한 규칙을 적용하여 각 원소의 산화수를 결정함으로써, 화합물의 화학적 특성을 파악할 수 있습니다.

​

위에서 말한 내용을 다시 정리하면

​

▣ 산화수는 화학 반응에서 물질이 가지는 전하의 상대적인 양을 나타내는 값입니다.

​

▣ 이온 결합 : 양이온과 음이온이 결합하여 이루어지는 결합으로,

     양이온의 산화수는 + 전하량과 같고, 음이온의 산화수는 - 전하량과 같습니다.

​

▣ 공유 결합 : 원자들이 전자쌍을 공유하여 이루어지는 결합으로,

     공유 전자쌍을 이루는 전자들은 두 원자가 공유하므로 어느 한 쪽의 산화수라고 말할 수 없습니다.

     하지만, 공유 결합을 이루는 원자들 중에서도 전기음성도가 큰 원자가 전자를 더 많이 끌어당기므로,

     전기음성도가 큰 원자의 산화수는 상대적으로 크다고 할 수 있습니다.

​

▣ 산화수가 변하는 반응을 산화 - 환원 반응이라고 합니다.

​  ⊙ 산화 반응 : 물질이 산화수가 증가하는 반응입니다.

  ⊙ 환원 반응 : 물질이 산화수가 감소하는 반응입니다.

​

▣ 산화 - 환원 반응은 화학 반응에서 중요한 역할을 하며, 우리 주변에서 일어나는 다양한 화학 반응에서 발생합니다.

      또한, 산화-환원 반응은 화학 전지, 금속의 제련, 화학 물질의 합성 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

​

【산화수 규칙】

​

산화수 계산 규칙은 다음과 같습니다.

 ​ ① 홑원소 물질의 산화수는 0입니다.

       예를 들어, 탄소(C)는 홑원소 물질로, 산화수가 0입니다.

​

  ② 1원자 이온의 산화수는 전하와 동일합니다.

       예를 들어, 수소 이온(H+)은 1원자 이온으로, 전하가 +1이므로 산화수가 +1입니다.

​

  ③ 화합물의 모든 원자의 산화수 총합은 0입니다.

       예를 들어, 물(H2O)에서 수소(H)의 산화수는 +1이고, 산소(O)의 산화수는 -2이므로,

        두 원자의 산화수 총합은 0입니다.

​

  ④ F의 산화수는 항상 -1입니다.

       이는 플루오린(F)의 전기음성도가 크기 때문입니다.

​

  ⑤ H의 산화수는 +1입니다.

       다만, 금속과 결합할 때는 -1이 됩니다. 예를 들어, NaH에서 수소의 산화수는 -1입니다.

​

  ⑥ 다원자 이온의 산화수는 이온의 전하와 같습니다.

       예를 들어, 황산 이온(SO42-)에서 황(S)의 산화수는 -2이고, 산소(O)의 산화수는 -2이므로, 이온의 전하와 같습니다.

​

【화합물의 산화수】

​

산화수 규칙을 이용하여 산화수를 계산할 수 있습니다.

​

예를 들어, 다음과 같은 화학 반응식에서 산화수를 계산해 봅시다.

​

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3

NaCl에서 나트륨(Na)의 산화수는 +1이고, 염소(Cl)의 산화수는 -1입니다.

AgNO3에서 은(Ag)의 산화수는 +1이고, 질소(N)의 산화수는 +5이며, 산소(O)의 산화수는 -2입니다.

​

AgCl에서 은(Ag)의 산화수는 +1이고, 염소(Cl)의 산화수는 -1입니다.

NaNO3에서 나트륨(Na)의 산화수는 +1이고, 질소(N)의 산화수는 +5이며, 산소(O)의 산화수는 -2입니다.

​

위의 반응에서 나트륨은 산화수가 +1에서 0으로 감소했으므로 환원되었고, 은은 산화수가 0에서 +1로 증가했으므로 산화되었습니다.

​

【 산화수의 계산 】

​

① H2O

  가장 보편적인 용매인 물의 산화수에 대해 알아 봅시다.

  홑원소의 산화수는 이온의 전하와 동일하므로 O의 산화수는 -2 가 됩니다.

  이 때 H의 산화수는 +1이 되어야 화합물의 총합이 "0"이 됩니다.

  (산화수 -2인 O 1개, 산화수가 +1인 H 2개를 더하면 0)

​

② Fe2O3

  O의 산화수는 -2가 됩니다. 이 때, Fe의 산화수는 +3이 되어야 총합이 "0"이 됩니다.

  (산화수가 -2인 O 3개, 산화수가 +3인 Fe 2개를 더하면 0)

​

③ ClF5

  F의 산화수는 -1 입니다. 그러므로 Cl의 산화수는 +5가 됩니다.

​

④ KMnO4

  K, Mn, O4 이 세 원소로 나누어 생각하면 됩니다.

  O의 산화수는 -2이고, K의 산화수는 +1입니다. 그러므로 남은 Mn의 산화수는 +7이 됩니다.

​

⑤ NH4+

  H의 산화수는 +1입니다. 하지만 암모니아기 NH4+는 +1 이온이기에 원자의 산화수 총합이 +1 이어야 합니다.

  그러므로 N의 산화수는 -3 입니다.

​

⑥ NO3-

  O의 산화수는 -2입니다. 산화수 총합이 -1 이어야 하므로 N의 산화수는 +5 입니다.

​

【산화 · 환원 반응식에서 산화수 활용】

​

이제 화학반응식에서 어떤 물질이 산화반응을 일으켰고, 어떤 물질이 환원반응을 일으켰는지 알아봅시다.

산화수가 증가하면 산화반응이 일어난 것이고 산화수가 감소하면 환원반응이 일어 난 것입니다.

​

다음 몇가지 산화 · 환원반응식을 살펴 봅시다.

Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO

반응전 : 홑원소 C의 산화수는 "0"입니다. O의 산화수는 -2 이므로 Fe는 +3의 산화수를 갖게 됩니다.

반응후 : Fe의 산화수는 "0"입니다. O의 산화수는 -2이고 C의 산화수는 +2가 됩니다.

∴ Fe는 산화수가 감소하였고, C는 산화수가 증가하였으므로 Fe2O3는 환원반응을 하였고, C는 환원반응을 한 것입니다.

​

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu

반응전 : Zn의 산화수는 "0"입니다. O의 산화수는 -2이고, Cu의 산화수는 +2 이므로 S의 산화수는 -6이 됩니다.

반응후 : Zn의 산화수가 +2로 증가하였고, O의 산화수는 그대로 -2이므로 S의 산화수는 -6 입니다.

Cu의 산화수는 "0"이 되었습니다.

∴ Zn은 산화수가 증가하였고, Cu는 산화수가 감소하였으므로 Zn은 산화반응을 하였고 CuSO4은 환원반응을 한 것입니다.

​

CO + H2O → CO2 + H2

반응전 : O의 산화수는 H2O와 CO에서 모두 -2 입니다.

따라서 C의 산화수는 +2이고, H의 산화수는 +1입니다.

반응후 : C의 산화수가 +4로 증가하였고 H의 산화수는 "0"으로 감소하였습니다.

∴ C는 산화수가 증가하였고, H는 산화수가 감소했으므로 CO는 산화반응을 하였고, H2O는 환원반응을 하였습니다.

​

#산화수 #산화반응 #환원반응 #산화환원반응 #홑원소 #화합물 #화학반응 #이온결합 #공유결합

농도에 관한 문제는 고등학교, 대학교, 그리고 자격증 시험에서 자주 등장하는

중요한 문제 유형 중 하나입니다.

​

몰농도, 몰농도공식, 몰랄농도, 퍼센트농도 등

다양한 농도 유형이 존재하므로,

​

이 개념들을 제대로 이해하지 못하면 혼란스러울 수 있습니다.

​

이 글에서는 이 세 가지 농도를 자유롭게 변환하고

몰농도공식 계산하는 방법에 대해 설명하려고 합니다.

1. 몰농도

▣ 몰농도는 용질의 몰 수를 용매의 부피(ℓ)로 나눈 값으로 정의됩니다.

​

여기서 용질의 몰 수는 몰(mol) 단위를 말하며, 용매의 부피는 리터(ℓ) 단위로 계산됩니다.

​

공식만으로는 이해가 어려울 수 있으니,

예제를 통해 설명하면 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

연습문제 1.

NaCl 58.44g을 1ℓ 물에 녹여 NaCl 수용액을 만들었습니다.

이때의 몰농도는 몇 M일까요?

NaCl 58.44g은 용질로 사용되었고,

1ℓ 물에 녹였으므로, 1ℓ의 물은 용매의 부피가 됩니다.

용질의 몰 수를 구하기 위해 NaCl의 분자량으로 질량을 나누어 몰 수를 계산합니다.

​ (질량 / 분자량 = 몰 수) 이 공식으로 몰 수를 구하고,

이를 용매의 부피로 나누면 1M(몰농도)를 얻을 수 있습니다.

​

2. 몰랄농도

​

몰랄농도는 용매 1kg당 녹아 있는 용질의 몰 수를 나타내며, 용질의 몰 수를 용매의 질량(kg)으로

나눈 값으로 정의됩니다.

​

연습문제 2.

NaCl 58.44g을 1ℓ 물에 녹여 NaCl 수용액을 만들었습니다.

이때의 몰랄농도는 몇 m일까요?

1번 문제와 마찬가지로 용질의 몰 수를 계산한 후,

용매의 부피를 질량으로 환산해야 합니다.

​

물 1ℓ의 부피를 cm3로 환산하고, 물의 밀도(1g / cm3)를

이용해 질량으로 환산합니다.

​

이를 통해 계산하면 1m(몰랄농도)를 얻을 수 있습니다.

3. 퍼센트농도

​

퍼센트농도는 용질의 질량을 용액의 총 질량으로 나눈 후 100을 곱해 얻는 값입니다.

​

이는 용매에 얼마나 많은 용질이 포함되어 있는지를 백분율로 나타낸 것입니다.

​

연습문제 3.

NaCl 58.44g을 1ℓ 물에 녹여 NaCl 수용액을 만들었습니다.

이때의 퍼센트농도는 몇 %일까요?

​

퍼센트농도를 구하기 위해, 용질의 질량과 용액의 총 질량을 계산해야 합니다.

​

용매의 질량을 구한 후, 용질의 질량을 더해 용액의 총 질량을 구합니다.

​

이를 통해 계산하면 5.52%의 퍼센트농도를 얻을 수 있습니다.

​

이 글을 통해 몰농도, 몰랄농도, 몰농도계산 퍼센트농도에 대해 알아보았습니다.

​

이 세 가지 농도는 시험뿐만 아니라 실무에서도 널리 사용됩니다.

​

공식을 사용할 때 단위 변환을 정확히 하는 것이 중요하며,

몰 수를 구하기 위해서는 화합물의 분자량을,

부피를 질량으로 환산할 때는 물질의 밀도를 알아야 합니다.

​

#몰농도 #몰랄농도 #퍼센트농도 #밀도 #부피 #질량 #용매 #용질 #용액