아낌없이 주는 나무

1. 기본량의 단위계와 차원

2. 중력단위와 절대단위의 차원비교

3. 압력 환산인자

4. 점도의 단위​​

5. 점도의 종류

6. 비압축성 유체와 압축성 유체

 가. 비압축성 유체

   ① 액체는 보통 비압축성 유체

   ② 물체 (굴뚝, 건물 등) 둘레를 흐르는 기류

   ③ 달리는 물체 (자동차, 기차 등) 주위의 기류

   ④ 저속으로 나는 항공기 둘레의 기류

   ⑤ 물속을 주행하는 잠수함 둘레의 기류

​

 나. 압축성 유체

   ① 기체는 보통 압축성 유체

   ② 음속 보다 빠른 비행체 주위의 공기 흐름

   ③ 수압철관 속의 수격 작용

   ④ 디젤엔진에 있어서 연료 수송관의 충격파

​

7. 단위와 차원

 가. 힘의 단위​

 나. 일의 단위​

 다. 동력의 단위​

9. 1차원 정상류의 연속방정식

  ▣ 질량 보존의 원리를 적용하여 연속방정식을 구할 수 있다.

  ▣ 평균속도, 밀도, 단면적을 각각, V1, V2, ρ1, ρ2, A1, A2 라 하면 단위시간에 단위면적을 통과하는 유체

       질량은 같으므로​

  ▣ 여기서 m 을 질량 유량 (mass flowrate)이라 하고, 이 식의 미분형은 다음과 같다.

          d (ρ ·A·V) = 0 ------ 식2

    그러므로, 연속방정식은​

   비압축성 유체이면 ρ = 일정이므로 위의 식은 다음과 같이 변형할 수 있다.​

10. 중량 유량과 체적 유량

  ▣ 압축성 유체의 정상흐름에서는 유관의 모든 단면을 통과하는 질량 유량 (또는 중량 유량)이 일정하고,

       비압축성 유체의 정상흐름에서는 유관의 모든 단면을 통과하는 체적 유량이 일정하다.​

     여기서, G = 중량유량 (weight flowrate)

     만약, 비압축성 유체라면

11. 오일러 운동방정식

  ▣ 유선 또는 미소단면적의 유관을 따라 움직이는 비점성 유체의 요소에 뉴턴의 운동 제2법칙을 적용하여

       얻은 미분방정식을 오일러 (Euler)의 운동방정식이라 한다.

 ▣ 오일러의 운동방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

12. 베르누이 방정식

  ▣ 베르누이 방정식은 유체역학적인 에너지 보존법칙이며, 일반적인 흐름에 적용가능하고 비점성 유체에

       적용가능한 오일러의 운동방정식에 몇 개의 가정조건을 대입함으로써 얻을 수 있다.

  ▣ 실제 관로에서 유체의 마찰을 고려한 수정 베르누이 방정식은 다음과 같다.​

#차원 #단위 #질량 #속도 #중력가속도 #비중량 #뉴턴 #점도 #유체 #압축성 #베르누이 #오일러 #연속방정식

1. 가역반응과 비가역 반응

가. 가역반응​

  ▣ 정반응(반응물에서 생성물)과 역반응(생성물에서 반응물)이 모두 일어나는 반응

나. 모든 화학반응 : 원론적으로 가역반응

다. 비가역 반응

  ▣ 역반응이 너무 느리거나 조금 일어나서 정반응만 일어나는 것 처럼 보이는 반응

  ※ 실제 화학반응은 동적 평형 상태이다. 실제 반응은 계속 일어나고 있는데 정반응과 역반응의 속도가 같아서 반응이

       일어나고 있지 않는 것 처럼 보이는 것 뿐이다.

​

나. 포화용액의 동적 평형

   ▣ 포화용액의 동적 평형은 다 녹지 못한 용질과 용해된 물질 사이에 계속하여 왔다 갔다하는 상태를 말한다.

​

다. 포화용액의 동적 평형의 예시

  ▣ N2O2 와 NO2 실험의 예를 많이 드는 이유는 색깔이 무색과 갈색으로 뚜렷하기 때문이다.

       무색인 비어커는 N2O2 만 있다는 것이고 갈색이 짙어진다는 것은 NO2 가 생긴다는 것이다.

       평형상태는 반응물의 농도와 생성물의 농도가 같아지는 상태를 말한다.

  ▣ 평형은 초기에 반응물 또는 생성물만 있어도 도달이 가능하며 초기에 반응물과 생성물의 혼합물이 있는 경우에도 상관

       없이 평형상태에 도달한다. 평형상태에는 반응물과 혼합물이 함께 있는 상태이다.

3. 평형상수

가. 평형

  ▣ 정방향과 역방향 반응속도가 동일하게 진행되는 상태를 말한다.

  ※ Kc 를 평형상수라고 부를 수 있는 이유는 반응물 농도와 생성물의 농도는 변하지 않으 므로 일정한 값이 된다. 분모는

      반응물 농도, 분자는 생성물 농도이며 물질의 계수는 차수로 올려 지수가 된다.

      [  ]안은 몰농도이며 몰농도 제곱을 물농도로 나누었는데 단위에 몰농도가 남아있지 않은 것은 몰농도는 단위가 없기

      때문이다. 평형일 때 농도 그 숫자만 사용하기 때문이다.

​

나. 평형 농도를 이용한 평형상수 계산 (실험적 근거)

다. 평형상수 계산

  ▣ 74[℃]에서 이 반응의 Kc = 216 이다.

​

라. 평형상수의 크기로 부터 알 수 있는 사실

마. 불균일 평형

  ▣ 불균일 (heterogeneous) 평형

    ⊙ 가역적 화학반응에서 화학종이 모두 같은 상이 아닐 때의 평형

   ⊙ 평형 상수식에 단위가 없는 이유 : 사용되는 평형 농도가 사실은 농도/1M로 단위를 없앤 값이다.

      (활동도)

   ⊙ 순수한 고체나 액체의 경우 농도의 변화가 없으므로 활동도 = 1 로 한다.

   ⊙ 평형 상수식의 평형 농도 자리에 순수한 고체나 액체는 "1"을 사용하는 것이므로 식에 나타나지 않는다.

      ※ 위 화학반응식에서 기체와 고체가 만나서 기체가 되는 반응인데 이렇게 상이 다른 반응에서의 평형을 불균일 평형이

           라고 한다.

  ▣ 금속의 이온화 경향 : 금속물질이 전자를 잘 버리는 정도

               K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb

               H > Cu > Hg > Ag > Pt > Au

​

바. 평형상수의 변형

4. 농도평형상수(Kc)와 압력평형상수(Kp)

가. 압력평형상수 (Kp)

  ▣ 반응물과 생성물이 모두 기체일 때 몰농도를 측정하는 것 보다 기체의 부분압력(atm)을 측정하는 것이 훨씬 간단하다.

    ⊙ 이 때에도 단위는 생략하며 실제로 평형상수식에 사용되는 기체의 부분압력은 기체의 압력 / 1atm 인 활동도 값이다.

나. 농도평형상수(Kc)와 압력평형상수(Kp) 사이의 변환

    ※ 일반적인 경우 압력 평형상수는 농도 평형상수에 RT의 델타n승의 곱으로 표현한다.

5. 평형상수의 응용

가. 평형상수를 이용한 평형농도 계산

 [농도 계산 절차]

  1. 반응표를 만들고 초기 농도를 표시 (농도가 0인 것도 표시)

  2. 소모되는 특정 화학종의 양을 x로 두고 반응의 화학양론을 이용하여 다른 반응물과 생성물의 농도 변화량을 x를

      사용하여 표시

  3. 평형에 있는 각 화학종의 평형농도를 물질의 초기 농도와 x를 사용하여 표시

  4. x를 구하기 위해 3에서 구한 평형 농도를 평형 상수식에 대입

  5. 계산된 x값을 이용하여 평형에 존재하는 모든 화학종의 농도를 결정

  [풀이]

   가장 중요한 단계 : 반응표 쓰기 !!

[평형상수를 이용한 평형농도 계산]

[평형상수를 이용한 평형농도 계산]

[풀이]

나. 열 화학식

  ▣ 물질이 화학변화를 일으키는 경우에는 열을 방출하거나 흡수한다.

       이 열의 출입을 나타낸 식을 열 화학반응식이라 한다.

   ① 발열반응 : 발열반응이 클수록 생성되기 쉽고 안정하다.

   ② 흡열반응 : 흡열반응을 일으키기 위해서는 계속 열을 가해야 하며, 반응이 일어나기 힘들다.

   ③ 반응 엔탈피 (enthalpy of reaction) : 어떤 물질이 생성되는 동안 그 물질 속에 축적된 에너지를 말한다. 화학반응에서

                                                                 열효과란 생성물질의 엔탈피와 반응물질의 엔탈피간의 차이이다.

       △ H = 생성물질의 엔탈피 - 반응물질의 엔탈피

다. 헤스의 법칙

  ▣ 화학반응 전 물질의 종류와 상태, 반응 후 물질의 종류와 상태가 결정되면 중간 반응이 어떤 단계로 일어나든 발생하는

       열량, 또는 흡수하는 열량의 총합은 같다. 이를 헤스의 법칙이라 한다.

2. 반응속도

가. 반응 속도

  ▣ 화학반응이 얼마나 빨리 일어나는지를 양적으로 취급할 때 이 빠르기를 반응속도라고 하는데, 반응속도는 온도, 농도,

       압력, 촉매, 작용하는 물질의 입자 크기, 빛, 전기, 교반, 효소 등에 따라 달라진다.

<참고> 반응 속도

  ◈ 단위시간에 감소 또는 증가한 물질의 농도로 표시

       금속과 산과의 반응에서 금속은 양으로 (g수), 산은 농도로 나타낸다.

나. 반응속도에 영향을 주는 요소

  ① 농도 (농도 표시 → [ ]) : 일정한 온도에서 반응물질의 농도(몰/ℓ)가 클수록 반응속도가 커지는데, 반응속도는 반응하는

                                             순간에 반응물질의 농도의 곱에 비례한다.

  ② 반응속도와 온도 활성화 에너지 : 온도를 상승시키면 반응속도는 증가한다. 일반적으로 수용액의 경우 온도가 10℃

                                             상승하면 반응속도는 약 2배 증가하고, 기체의 경우는 그 이상이다.

  <참고> 온도가 상승할 수록 반응속도가 커진다.

              열을 가하여 온도를 높게 하면 활성화하는 분자의 수가 증가하기 때문에 반응속도는 그만큼 커진다.

다. 반응속도와 촉매

  ▣ 촉매는 자신은 변화하지 않고 반응속도만을 증가시키거나 혹은 감소시키는 물질이다.

    ① 정촉매 : 반응속도를 빠르게 하는 촉매

    ② 부촉매 : 반응속도를 느리게 하는 촉매

        ex : 2H2O2 → 2H2O + O2

  <참고> 정촉매 → 활성화 에너지 낮아짐 → 반응속도 증가

               부촉매 → 활성화 에너지 높아짐 → 반응속도 감소

  <참고> 가역반응

  ◈ 조건의 변화로 정 · 역 방향으로 진행하는 반응

       온도나 농도, 압력 등의 조건 변화에 따라 반응이 정 · 역 어느 방향으로도 진행되는 반응을 가역반응이라 한다.

​

3. 반응속도와 화학평형

  ▣ 화학반응이 일어나면 반응이 진행됨에 따라 반응물질의 농도 감소가 처음에는 빨리 일어나다가 점점 천천히 일어난다.

       어느 시간에 이르러서는 더 이상 감소하지 않게 되는 상태가 되는데 이러한 상태를 정반응과 역반응의 속도가 같은

       상태, 즉, 화학평형상태(Chemical equilibrium state)라 한다.

  ▣ 화학 평형상태의 계를 이루고 있는 생성물과 반응물의 상대적 비율을 결정하기 위해 다음의 일반적 반응식을 생각해

       보자.

    A와 B를 한 용기에 혼합하고 시간에 따른 A, B의 농도를 측정하여 다음 그림에 나타내었다.

여기서, [A], [B], [C], [D]는 각 물질의 농도를 나타낸다.

이들은 시간 te 에서 변화없이 일정한 값을 보인다.

이 상태를 화학적 평형에 도달했다고 한다.

위 반응에서 C와 D가 생성되는 정반응과 A와 B가 생성되는 역반응의 속도는 각각 다음과 같다.

kf와 kr 은 정반응 속도정수, 역반응 속도 정수를 나타낸다.

정반응과 역반응의 속도가 같은 상태를 화학평형상태라 하고 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

화학평형 상태에서 생성물과 반응물의 농도는 kf 와 kr의 비에 의하여 결정되는 이 값을 평형상수 Kc 라고

한다. 이 관계는 질량작용의 법칙이라고 하며, 이 식을 질량작용식이라 한다.

4. 압력으로 나타낸 평형상수

  ▣ 기체의 농도는 그 물질의 분압으로 나타낼 수 있다.

       따라서, 기체의 화학반응에서의 평형상수도 기체의 농도 대신 분압으로 표시할 수 있다.

       평형상수와 구분하기 위해 농도에 대한 평형상수를 Kc, 압력에 의한 평형상수를 Kp로 표시한다.

       예를 들어 다음 반응의 평형상수는

  로 나타낸다.

  이 때, PNH3, PN, PH2 는 평형상태를 유지하는 NH3, N2, H2의 분압이다.

  여기서, △n 은 생성물의 몰수 - 반응물의 몰수이다.

  생성물과 반응물의 몰수가 같으면 △n = 0 으로 Kc 와 Kp는 같은 값을 보인다.

5. 르 샤틀리에 (Le Chatelier)의 원리

  ▣ 평형계의 조건인 온도와 압력이 변화하면 그 평형계는 어떻게 될까 ?

       1884년 Le Chatelier는 평형에 이른 계가 외부에서 교란을 받으면 그 교란을 없애려는 방향으로 반응하여 새로운 평형

        상태에 이른다고 설명하였다.

        -이를 Le Chatelier의 원리라 한다.

​

가. 농도 변화

  다음의 계가 평형을 이루었다고 하자.

  반응물이나 생성물의 농도를 조금이라도 변화시키면 이 평형이 깨진다.

  예를 들면 H2 농도를 증가시키면 평형이 깨지고 다시 새로운 평형을 이루기 위해 H2의 농도를 감소시키는 방향,

  즉 오른쪽으로 반응이 진행된다. H2가 소모됨으로써 HI가 더 생성되어 처음의 평형상태에서의 HI 농도 보다 더 증가하게

  된다. 이 때 평형의 위치가 오른쪽으로 이동하였다고 한다.

​

나. 온도 변화

  평형 상수는 온도함수이다.

  그러므로 온도가 변하면 평형의 위치도 변하고 평형상수값 자체도 영향을 받는다.

  다음의 발열반응 예를 보자.

     3H2(g) + N2(g) ↔ 2NH3 (g) + 22.0 kcal

  이 계가 평형에 이르렀을 때 온도를 가해 주면 평형은 깨지고 가해진 열의 일부를 소모하는 방향으로 반응이 진행된다.

  그러므로 흡열변화를 일으켜 NH3의 분해 반응이 진행된다.

  따라서 발열반응의 경우 계의 온도를 높이면 평형의 위치는 왼쪽으로 이동한다.

  NH3의 농도는 작아지고 N2와 H2의 농도가 커지므로​​

  Kc 의 값은 식에 따라 작아진다.

​

다. 압력 변화

6. 산의 이온화 평형

  ▣ Arrhenius의 산은 물과 반응하여 수소 이온과 짝염기 이온을 만든다.

      이 과정을 산이온화 또는 산해리 (acid ionization or acid dissociation)라 한다.

강한 산이라면 용액에서 완전히 이온화되고 이온의 농도는 산의 처음 농도로 부터 화학양론적인 반응으로

결정된다. 그러나 약한 산은 용액에서 이온의 농도를 구할 때 그 산의 이온화에 대한 평형 상수인 산이온화

(해리) 상수로 결정된다.

약한 1가의 산 HA를 예를 들어 보자.​

산의 이온화에 대한 평형상수 (또는 산이온화 상수) Ka 는 아래와 같다.​

주어진 온도에서 산 HA의 세기는 Ka가 크면 클수록 산의 세기는 더욱 크고 결국 그것은 산의 이온화 때문

에 평형에서 H+ 이온의 농도가 더 크다는 것을 의미한다.

약한 산의 이온화는 결코 완전할 수 없기 때문에 모든 화학종 (이온화되지 않은 산, 수소이온 및 A- 이온)이

평형에서 존재한다.

​

7. 용해도 곱

  ▣ 염의 포화 용액을 만들면 이온과 용기 밑바닥에 있는 녹지 않은 고체 사이에 동적평형이 이루어진다.

       염화은의 포화 용액에서 평형을 이루고 있다고 가정하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

이 상태에 대한 평형상수는 다음과 같다.​​

순수한 고체 농도는 존재하는 고체의 양과는 무관하다. 즉, 고체의 농도는 일정하며 상수 K 속에 포함시킬

수 있다. 따라서, 평형 상수 K에 고체 AgCl의 농도를 곱한 것은 여전히 상수이며, 이것을 Ksp로 표시하고

용해도를 상수라고 부른다.

      K [AgCl (s)] = Ksp = [Ag+] [Cl-]

Mg(OH)2와 같이 녹지 않는 고체의 경우에는 해리평형의 계수가 전부 1이 아니다.​

용해도 곱 상수는 포화 용액에서의 이온농도들을 해리반응식의 화학양론적 계수 만큼 거듭 제곱한 다음

서로 곱해 준 것과 같다.

포화용액은 이온 곱, 즉 알맞게 제곱승한 이온농도들의 곱이 엄밀하게 Ksp와 같을 때만 존재할 수 있다.

이온곱이 Ksp 보다 작을 때는 이것과 같아질 때까지 더 많은 염이 녹아서 이온농도를 증가시키므로

불포화 용액이다. 반면에 이온곱이 Ksp 보다 클 때는 이온농도를 낮추려고 염의 일부가 침전되며 이를

과포화 용액이라 한다.

​

#반응속도 #화학평형 #열화학반응식 #헤스의법칙 #촉매 #열량 #가역반응 #정촉매 #부촉매

#르샤틀리에 #평형상수 #용해도곱 #이온화평형

1. 방향족 화합물

가. 벤젠

  ▣ 벤젠 구조의 표현방법은 공명구조이론에 의한 것이다.

       벤젠에는 2종류의 기여구조 (寄與構造)가 있고 그것들이 공명혼성체 (resonance hybrid)로 된다.

       따라서 Kekule의 구조식은 그 한쪽만을 나타내고 있고 실제의 구조식은 π 전자가 6개의 탄소 사이에

       비편재화 (delocalization)된 π결합으로 되어 있는데 보통 다음과 같은 구조식을 사용한다.

  ▣ 즉, 6개의 수소원자는 등가 (等價)이고 6개의 탄소 - 탄소 원자간의 거리도 각각 1.40 A 이며, σ 결합의 거리 1.54 A과

       π결합의 1.33 A의 거의 중간치이다.

       이 구조를 통하여 1, 2 dichlorobenzene이 1개 종류 밖에 존재하지 않는 이유도 이해된다.

 나. 방향족 화합물의 명명법

   ① 치환벤젠의 명명법 : 벤젠의 6개의 탄소원자가 등가이어서 1 치환 벤젠에서는 그 치환위치를 나타낼 필요가 없고 치환

                                         기의 명칭 뒤엔 'qpswps ( - benzene)'을 붙이면 된다.

        또한, 방향족 탄화수소에는 많은 관용명이 사용되고 있으며, 그 예는 다음과 같다.

    ▣ 관용명으로 불리는 2치환 벤젠의 예는 다음과 같다.

다. 다치환 벤젠의 명명법

<벤젠형 방향족 화합물 및 그 성질>

2. 지방족 탄화수소의 유도체

가. 알코올류 (R-OH)

​

  ① 알코올의 분류

  ② 주요 알코올

    ㉯ 2차 알코올의 산화

       ▣ 2차 알코올 산화시키면 케톤이 된다.

나. 에테르류 (R - O - R')

  ▣ 산소원자에 2개의 알킬기가 결합된 화합물이다.

      디메틸에테르 [CH3OCH3 (b.p. -23.7℃]와 디에틸에테르 [C2H5OC2H5 (b.p. 34.6℃]의 두가지가 있다.

  ① 제법 : 알코올에 진한 황산을 넣고 가열한다.

  ② 일반적 성질

    ㉮ 물에 난용성인 휘발성 액체이며, 인화성 및 마취성이 있다.

    ㉯ 기름 등 유기물을 잘 녹인다. (유기 용매)

    ㉰ 수소원자를 알킬기로 치환한다.

        ex : (C2H5)2O [에틸에테르]

               C2H5OCH3 [에틸메틸에테르]

    ▣ 보통 사용하고 있는 에테르는 디에틸에테르로서 단지 에테르라고 부르기도 한다.

  ③ 용도 : 용매, 마취제로 사용된다.

​

  예제 : 다음 중 에테르의 일반식은 어느 것인가 ?

     ① R - O - R         ② R - CHO          ③ R - COOH           ④ R - CO - R

    [풀이] R - O - R (C2H5OC2H5) 답 : ①

​

다. 알데하이드류 (R - CHO)

  ▣ 알데하이드는 일반적으로 R - CHO로 표시되고 (R은 알킬기) 원자단 - CHO를 알데하이드기라고 한다.

  ① 알데하이드기 (-CHO)는 산화되어서 카르복실기로 되는 경향이 강하므로 일반적으로 강한 환원성을 가지고 있다.

       이 경우에 알데하이드는 카르복시산으로 된다.

  ② 펠링 용액을 환원하여 산화 제1구리의 붉은 침전 (Cu2O)을 만들거나 암모니아성 질산은 용액을 환원하여 은을 유리

       시켜 은거울 반응을 한다. 알데하이드 검출에 이용한다.

​

라. 케톤 (R - CO - R')

  ▣ 일반적으로 R - CO - R'로 표시되는 (R, R'은 알킬기)물질을 케톤이라 한다. 케톤은 카르보닐기 (>C=O)를 가진 두개의

       알킬기로 연결된 화합물을 말한다. 양쪽에 모두 알킬기로 결합한 카르보닐기를 케톤기라 한다.

    ex : 디메틸케톤 : CH3COCH3, 에틸메틸케톤 : C2H5COCH3, 아세톤 : CH3-CO-CH3

​

마. 카르복시산류 (R - COOH)

  ① 일반적 성질

    ㉮ 유기산이라고도 하며, 유기물 분자 내에 카르복실기 (-COOH)를 갖는 화합물을 말한다.

    ㉯ 알데하이드 (R-CHO)를 산화시키면 카르복시산 (R-COOH)이 된다.

    ㉰ 물에 녹아 약산성을 띤다.

       ex : CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+

    ㉱ 수소결합을 하므로 비등점이 높다.

    ㉲ 알코올 (R - OH)과 반응하여 에스터 (R - O - R')가 생성된다.

    ㉳ 염기와 중화반응을 한다.

        ex : RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O

    ㉴ 알칼리 금속 (K, Na 등)과 반응하여 수소 (H2)를 발생시킨다.

        ex : 2R - COOH + 2Na → 2RCOONa + H2

  ② 용도 : 저급 알코올의 초산 에틸은 좋은 향기를 가지므로 과실 에센스로 사용되며 용매로도 사용된다.

      ex : 초산에틸 (CH3COOC2H5) : 딸기 냄새

             초산아밀 (CH3COOC5H11) : 배 냄새

             낙산에틸 (C3H7COOC2H5) : 파인애플 냄새

​

#벤젠 #공명혼성체 #방향족 #치환벤젠 #알코올류 #알킬기 #에테르 #알칼리금속 #알데하이드 #케톤

#카르복시산 #에스터

1. 탄화수소

 가. 탄화수소의 특징

  ▣ 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소는 그 종류가 무궁무진하다.

  ▣ 탄소와 수소의 결합은 분자 구조에서 알아 보았듯이 단일결합, 이중결합, 삼중결합 방식을 통해 다양하게

       결합을 하므로 화합물의 종류가 무궁무진하다.

​

나. 탄화수소의 종류

  ▣ 메탄, 에탄, 프로판은 상온에서 기체이다. 천연가스의 주성분인 메테인은 메탄가스, 천연가스, 도시가스라고도 부른다.

       프로테인과 부테인을 합하여 LPG 가스라고 한다.

   * LPG : Liqufied Petoleum Gas 의 약자로 우리말로는 '액화석유가스'라는 의미이다.

                휘발유 성분인 펜테인, 헥세인, 헵테인이 있다. 또한 옥테인, 데케인, 도데케인까지 있는데 옥탄(옥테인)은 탄소

                가 8개가 있는데 이는 엔진 속에서 성능이 제일 좋아 노킹도 일어나지 않고 휘발유와 고급 휘발유로 나누는 기준

                이 된다. Octane value (옥탄가)가 보통 97[%] 정도면 보통휘발유, Octane value가 100[%] - 순수한 물질과 마찬

                가지 - 이면 이를 고급 휘발유라고 한다.

       탄소 성분이 많아지면 경유라고 디젤연료의 성분이 되고 탄소의 개수가 20개인 이 화합물을 '에코센' 이라고 한다.

        탄소 개수가 적으면(1~4개) 기체, 조금 많으면(5~16개) 액체, 탄소개수가 더 많아지면 고체 - 파라핀 왁스 (일반적으로

        양초)가 되는데 에코센은 바세린 - 페트롤륨 젤리(Petroleum jelly)도 있다.

​

다. 구조 이성질체

  "분자식은 같지만 원자가 결합 순서가 달라서 물리적, 화학적 성질이 달리 나타나는 분자"

    ▣ 마찬가지로 폴리 프로틸렌도 같은 계열이 될 수 있다.

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나. 시스/트랜스 이성질 현상

  ▣ 삼중결합을 하나 갖은 불포화 탄화수소를 알카인(alkyne)이라고 한다.

       삼중결합을 갖는 유기화합물은 너무 불안정하여 많은 물질이 있지 않다.

       이중에서 '에타인(C2H2)가 있는데 관용적으로 '아세틸렌'이라고 한다.

  ▣ 분자구조는 아래와 같다.

  ① 분자 중에서 가장 긴 탄소사슬을 골라 그 탄소사슬의 알칸 명칭을 모체로 하여 명명하고 치환기를 갖는 것은 그 화합물

       의 유도체로 생각한다.

  ② 치환기의 결합 위치를 탄소번호로 나타낸다. 이 때 번호의 숫자가 가능한 한 작게 되도록 모체 알칸의 어느 안쪽으로

       부터 번호를 붙인다.

  ③ 치환기가 있는 화합물의 명칭은 모체가 되는 탄소사슬의 명칭 앞에 치환기의 이름을 붙인다.

  ④ 같은 치환기가 분자 중에 2개 이상 있을 경우는 그 수를 접두어인 디 (di = 2), 트리(tri- = 3), 테트라 (tetra - = 4) 등을

       사용하여 표시한다. 또한 2개 이상의 치환기가 같은 탄소에 결합되어 있는 경우에는 그 탄소번호 사이에 ','를 붙이고

       이어서 붙여 나간다. 접두어는 알파벳 순을 고려하지 않아도 된다.

  ⑤ 모체가 되는 가장 긴 사슬이 여러 개 있는 경우에는 치환 정도가 가장 높은 것을 우선하여 명명한다.

  ⑥ 아이소프로판, 아이소부탄, 아이소펜탄, 네어펜탄 등과 같이 관용어로 불려지는 알칸이 치환기로 되는 경우에는 아이

       소프로필기, 아이소뷰틸기, 아이소펜틸기, 네어펜틸기 등으로 부른다.

  ⑦ 할로겐 치환기는 어미 인(ine)을 오 (-o)로 명명한다.

        F (fluoro), Cl (Chloro), Br (Bromo), I (iodo)

나. 알칸의 물리적 성질

  ① 알칸의 특성은 비극성 (nonpolar)이므로 비점 (b.p. : 끓는 점)과 융점 (m.p. : 녹는점)이 다른 극성 (polar)이 있는 화합물

       에 비하여 낮아진다.

  ② 실온에서 탄소수가 적은 C1의 메탄에서 C4의 부탄까지는 기체이고, C5에서 C17까지는 액체이며, 탄소수가 많은

        C18 이상은 고체이다.

  ③ 물에 대한 용해도 (Solubility)는 비극성 때문에 대단히 낮고, 가장 높은 메탄인 경우에는 물 100 ㎖ 중에 0.0025g 밖에

       용해되지 않는다.

  ④ 알칸은 물에는 불용해성이지만 비극성인 알칸, 알켄, 벤젠 등의 탄화수소에는 잘 용해되고 사염화탄소 (CCl4), 클로로

       프름 (CHCl3), 염화메틸렌 (CH2Cl2) 등의 염소계 유기화합물에도 잘 녹는다.

       "비슷한 물질 끼리는 잘 녹는다"라고 하는 일반 법칙이 잘 맞으며 이것은 극성에 관계된다.

  ⑤ 알칸의 화학적 특징은 일반적으로 반응성이 낮고 불활성인 것이다. 알칸은 파라핀 ( paraffin)이라고도 한다.

  ⑥ 알칸은 실내온도 조건하에서 알칼리, 산, 과망가니즈산칼륨, 금속 나트륨 등과는 반응하지 않는다.

       그러나 조건을 강하게 하면 독특한 반응을 일으키기도 한다.

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다. 알칸의 반응

  ① 알칸의 할로겐화 : 보통의 조건하에서 알칸은 할로겐에 의하여 할로겐화 (Halogenation) 되지 않는다.

                                    그러나 알칸 및 할로겐을 가열하거나 자외선 (ultraviolet ray)을 비춰주면 반응이

                                    개시되고 알칸의 수소 1원자가 할로겐 1원자와 치환반응 (Substitution reaction)을

                                    일으킨다. 이 때에 할로겐화수소가 1분자 생성된다.

             여기에서 X는 할로겐을 나타내며 알칸이 할로겐 분자와 반응하는 속도는 F2 ≫ Cl2 > Br2 > I​2의 순이다.

  ② 알칸의 산화 : 알칸은 고온하에서 산소화 반응하여 이산화탄소와 물을 생성한다. 이 산화반응(Oxidation reaction)을

                             일반적으로 연소 (Combustion)라고 하는데 발열반응 (發熱 反應)이다.

                             알칸의 methylene기 ( - CH2 -) 1개당 약 160 kcal/mol 의 열을 방출한다.

  ③ 알칸의 열분해 : 석유의 높은 끓는 점 유분 (留分)의 긴 사슬알칸을 고압하에서 가열 (500 ~700 ℃)하여 저분자량의

                                 알칸이나 알켄으로 변화하는 방법을 가열크래킹 (Cracking)이하고 하는데 프로판의 열분해 

                                  (Thermolysis)에서는 프로필렌, 에틸렌, 메탄, 수소가 각각 생성된다.

4. 고리모양 알칸

가. 고리모양 알칸의 명명법

  ▣ 고리모양 알칸의 명명은 알칸과 같으며, 고리를 형성하고 있는 탄소수를 모체의 이름으로 하고, 그 앞에 고리를 나타내

       는 접두어 사이클로 (Cyclo)를 붙인다.

  ▣ 치환기가 1개 있는 경우에는 치환기의 명칭을 먼저 붙이고 사이클로알칸을 명명한다. 치환기가 2개 이상 있는 경우에

       는 알파벳 순으로 치환기 명칭을 배열한 후 최초 치환기가 붙어 있는 탄소원자를 C1으로 하고, 다른 치환기가 붙는

       번호를 가급적 작게 하는 방향으로 고리에 따라서 번호를 붙인다.

나. 고리모양 알칸의 변형과 형태

  ▣ 2종 화합물의 C - C 결합은 약하고 수소첨가에 의하여 용이하게 환원되어 고리가 열려 사슬알칸이 된다.

       사이클로프로판이 사이클로부탄보다 쉬운 조건에서 개환하는 것은 그 만큼 변형이 크다는 것이다.

5. 알켄

가. 알켄

  ▣ 지방족 불포화탄화수소 중에 탄소 - 탄소 이중결합을 갖는 유기화합물을 알켄 (Alkene 또는 Olefine) 이라고 총칭한다.

나. 알켄의 명명법

       다음 예에서 규칙들이 어떻게 적용되는지를 알 수 있다.

나. 알킨의 반응

  ① 수소의 첨가 : 알킨에 백금, 니켈, 파라듐 등의 촉매를 사용하여 수소를 첨가하면 최종 생성물로서 알칸이 얻어진다.

                             또한 활성을 저하시키는 촉매(觸媒), 예를들면, Pd/BaSO4 또는 Pd/Pb(OCOCH3)2 등을 사용하면

                             1 mol의 수소만을 흡수하고 반응이 정지되며 cis - 알켄이 생성된다.

  ② 할로겐의 첨가 : 탄소 - 탄소 3중 결합에 2mol의 할로겐을 첨가하면 1, 1, 2, 2- 테트라할로겐화합물이 된다.

                                 일반적으로 염소와 브로민이 반응을 잘 한다.

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다. 알칸 (CnH2n+2), 알켄 (CnH2n), 알킨 (CnH2n-2)의 특징 비교

#알칸 #에탄 #메탄 #프로판 #부탄 #테트라 #알켄 #이성질체 #알킨 #할로겐 #치환기 #탄소사슬

1. 유기화학 (Organic chemistry) vs 무기화학 (Inorganic ch.)

가. 유기화합물의 예

  ▣ 유기화합물에 공통적으로 들어 있는 원소들은 수소와 탄소가 들어 있다.

      그리고 일부에서는 산소와 질소가 들어 있다.

  ▣ 이와 같이 유기화합물은 탄소와 수소가 결합된 것이 기본이다.

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나. 유기(Organic) 이란 ?

  ▣ 유기화합물 즉 탄소화합물이 가장 많이 얻어지는 원료로는 화석연료이다. 화석연료는 옛날 생물이었던 물질로 인해

       만들어진 연료인데 크게 석탄과 석유로 나뉜다.

       이들이 가장 기본적인 유기화합물인 탄화수소의 주공급원으로 화석연료이다.

  ▣ 석탄과 석유는 지금으로 부터 3억5천만년전에서 2억 9천만년전 사이에 동식물이 무산소 상태에서 부패하여 생긴

       것으로 추정되는데 석탄은 식물이 죽어서 생긴 것이로 고체상태로 생산되어 강철 생산이나 화력발전소에서 전기를

       생산하는데 사용되는데 석탄 속에는 황(S)이나 유해한 환경물질이 포함되어 있어 좋은 연료라고는 할 수 없다.

  ▣ 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소는 그 종류가 무궁무진하다.

  ▣ 탄소와 수소의 결합은 분자 구조에서 알아 보았듯이 단일결합, 이중결합, 삼중결합 방식을 통해 다양하게 결합을

       하므로 화합물의 종류가 무궁무진하다.

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나. 탄화수소의 종류

나. 구조상의 표시방법

다. 이성질체

  ▣ 탄소 원자가 중심이 되어 여기에 수소, 산소가 결합하여 분자를 만들 경우, 탄소 골격의 배열의 차이로 인하여 같은

       분자식으로 표시되어도 분자를 구성하는 원자배열이 다른 것이 생기게 된다.

       이것을 이성질체라 한다.

  ① 메탄계 탄화수소 : CH4로 부터 C3H8 까지는 이성질체가 없고 그 이상에서는 다음과 같이 이성질체가 생긴다.

     ㉠ 부탄 (C4H10) : 프로판 (C3H8)의 수소원자(H) 1개 메틸기 (CH3)로 치환된 것이다.

    ㉡ 펜탄 (C5H12) : 펜탄에는 세가지 이성질체가 있다.

라. 위치 이성질체

  ▣ 위치 이성질체 현상은 사슬상의 작용기의 위치가 변화한다. 아래 표에서 Hydroxy기는 n-펜탄 사슬상의 3가지 다른

       위치를 차지하여 3가지 서로 다른 화합물이 형성될 수 있다.

마. 분자골격에 따른 분류

  ① 사슬 화합물

  ② 탄소고리화합물

  ③ 헤테로 고리 화합물 : 탄소 이외의 원자, 즉 헤테로 원자를 적어도 1개 이상 가지고 있다.

       ex : O, N, S 등

바. 구조식 약식화

▣ 구조식을 완전히 줄여서 쓴다면 탄소 골격만을 나타내서 쓸 수 있다.

5. 유기화합물의 분류

가. 결합형태에 따른 분류

나. 작용기에 의한 분류

  ▣ 화합물을 구성하는 원소나 이온 중에서 그 물질의 특성을 결정하는 원자단을 유기화합물에 있어서 치환기 또는 작용기

       라 하며, 이 작용기에 따라 유기화합물의 특성이나 명명법이 뚜렷이 구별된다.

<주요 알킬기>

#유기화합물 #이성질체 #탄화수소 #메탄계 #펜탄 #헤테르 #작용기 #메틸 #에틸 #하이드록실기

1. 금속과 그 화합물

가. 알칼리 금속 (출제빈도 높음) ★★★

  ① 결합력이 약하고 연하며 가벼운 은백색 광택이 나는 밀도가 작은 금속이다.

       밀도가 매우 작아 물에 뜰 정도로 가볍다.

  ② 반응성이 매우 크다.

  <참고> 알칼리 금속은 화학반응이 가장 활발한 금속이다.

              화학반응은 원자번호가 클수록 활발하다.

          ⊙ 55Cs > 37Rb > 19K > 11Na > 3Li

  ③ 공기 중에서 쉽게 산화된다. 알칼리 금속을 공기 중에 노출시키면 순식간에 산화되어 색이 변한다.

        ex : 4 Na + O2 → 2 NaO

  ④ 알칼리금속은 찬물과 격렬하게 반응함은 물론 공기 중의 수증기와도 반응하여 수소 기체를 발생시키며 수산화물을

       만들고, 많은 열을 낸다. 따라서, 알칼리 금속은 반드시 석유나 유동성 파라핀 속에 보관하여 공기중의 산소와 수분

       으로 부터 격리시켜야 한다.

      ex : 2Na + 2H2O → 2 NaOH + H2

  ⑤ 알칼리금속은 불꽃 반응을 한다. 알칼리 금속은 공기 중에서 연소하면서 특유의 빛을 낸다.

       이 반응을 이용하여 알칼리 금속을 구별할 수 있다.

       Li (빨강), Na (노랑), K (보라), Rb (빨강), Cs (청자)

  ⑥ 산화물의 수용액은 모두 강한 염기성을 나타낸다.

        M2O + 2H2O → 2MOH + H2

        MOH → M+ + OH-

      ex : 2 Na (s) + H2O (l) → 2 NaOH (s)

             NaOH → Na+ + OH-

  ⑦ 끓는 점과 녹는 점이 낮다.

       원자번호가 클수록 원자 반경이 급속히 커져 원자 간의 인력이 작아지기 때문에

       녹는점과 끓는 점이 낮아진다.

         Li > Na > K > Rb > Cs

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나. 알칼리토 금속

  ① 알칼리토 금속의 일반적 성질

    ▣ 알칼리토 금속은 주기율표 Ⅱ족에 속하는 원소들이다.

          Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 등 6개 원소가 여기에 속한다.

         이들 원소들은 반응성이 강하며 최외각에 2개의 전자를 갖고 있어 2가의 양이온이 된다.

   ㉠ 알칼리 금속 원소와 흡사하며 은회백색의 금속으로 가볍고 연하다.

   ㉡ 알칼리금속처럼 활발하지 않지만 공기 중에서 산화되며 물과 반응하여 수소를 만든다.

   ㉢ 금속의 염은 무색이고, 염화물, 질산염은 모두 물에 잘 녹는다.

   ㉣ Ca, Sr, Ba의 탄산염, 황산염은 물에 녹기 어렵다.

   ㉤ Be, Mg 을 제외한 금속은 불꽃반응으로 고유한 색을 나타낸다.

 <참고> 양쪽성 산화물과 알칼리 반응

              Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

              산화알루미늄 알루민산나트륨

   ㉥ 알칼리 금속과 같이 원자번호가 증가할 수록 활성이 커진다.

         Be < Mg < Ca < Sr < Ba

다. 단물과 센물

  ① 단물(연수) : 물 속에 Ca2+, Mg2+ 이 비교적 적게 녹아 있어 비누가 잘 풀리는 물

                            ex : 수돗물

  ② 센물(경수) : 물 속에 Ca2+, Mg2+이 많이 녹아 있어 비누가 잘 풀리지 않는 물

                          ex : 우물물, 지하수

  ③ 비누와 센물의 반응 : 물 속의 Mg2+, Ca2+ 이 비눗물의 음이온 (RCOO-)과 결합하여 물에 녹지 않는 염을 수면 위에

                                         거품형태로 만든다.

          ex : 2RCOONa + Ca(HCO3)2 → (RCOO)2Ca ↓ + 2NaHCO3

2. 비금속 원소

가. 비활성 기체

  ① 기본 성질

    ㉠ 비활성 기체는 다른 원소와 화합하지 않고 원자 구조상 전자배열이 극히 안정하고, 화합물을 거의 만들지 않는

         단원자 분자이다.

    ㉡ 헬륨 (He)을 제외하고는 원자가 전자가 모두 8개로서 다른 원자도 이와 같은 전자배열을 취하여 안정한 화합물을

         만든다.

    ㉢ 비활성 기체는 방전할 때 특유의 색을 내므로 야간 광고용에 이용된다.

    ㉣ 비활성 기체라 할지라도 원자번호가 큰 것은 여러가지 화합물로 발견되었다.

  ② 비활성 기체의 화합물

    ㉠ 안정한 전자배치를 하고 있기 때문에 화합물을 형성하지 않으며, 상온에서 단원자 분자로 안정하게 존재할 수 있다.

    ㉡ 몇 가지 인공적으로 합성한 화합물이 존재하기는 하나 매우 불안정하여 쉽게 분해된다.

         ex : XeF6, XeF4, XeF2, XePtF6

나. 할로겐 원소

  ① 기본 성질

     ◈ 원자가 전자가 7개, 원자가 -1

     ◈ 전자 1개를 받아 -1가 이온이 되기 쉽다.

   ㉠ 수소와 금속에 대해서 화합력(산화력)이 매우 강하다.

   ㉡ 최외각의 전자수가 7개이며, 한 개의 전자를 밖에서 얻음으로써 안정한 전자배열을 갖고자 하기 때문에 -1 가의

        이온이 된다.

   ㉢ 수소화합물은 무색, 발연성의 자극성 기체로서 물에 쉽게 녹으며 강한 산성 반응을 나타낸다.

   ㉣ 금속 화합물은 불소(F)를 제외한 다른 할로겐 원소의 은염, 제1 수은연염(鉛鹽) 등을 제외하고는 다 물에 녹는다.

      ◈ 물에 녹지 않는 염 : AgCl↓, Hg2Cl2 ↓, PbCl2↓, Cu2Cl2 ↓ 등

  ② 할로겐 원소의 반응성

    ㉠ 알칼리 금속과 직접 반응하여 이온결합 물질을 만든다.

          2Na (s) + Cl2 (g) → 2NaCl (s)

    ㉡ 할로겐화수소의 결합력 세기

          HF > HCl > HBr > HI

    ㉢ 할로겐화수소산의 산의 세기 비교

       ⊙ 할로겐화수소는 모두 강산이나 HF는 분자 간의 인력이 강하여 약산이다.

            HF < HCl < HBr < HI

       ⊙ 강산이란 수용액에서 H+이 많이 생기는 산이다.

            따라서 결합력이 약할 수록 이온화가 잘 되어 강한 산에 속한다.

3. 방사성 원소

가. 방사선의 종류와 작용

  ① 방사선 핵 충돌 반응

    ㉠ 방사선 붕괴 : 핵이 자연적으로 붕괴되어 방사선 (α, β, γ)을 발생

   ㉡ 핵충돌 반응 : 핵입자가 충분한 에너지를 가지고 충돌할 때 새로운 핵 생성

  <참고> 방사선이란 무엇인가 ?

  ⑤ 방사선의 작용

    ㉠ 투과력이 크며, 사진 건판을 감광한다.

    ㉡ 공기를 대전시킨다.

    ㉢ 물질에 에너지를 줌으로써 형광을 내게 한다.

    ㉣ 라듐(Ra)의 방사선은 위암의 치료에 이용된다.

  ⑥ 핵방정식 : α 입자의 방출 (He 핵을 잃음)에 의한 U의 방사성 붕괴의 핵방정식은 다음과 같다.

나. 원소의 붕괴

  ▣ 방사성 원소는 단체이든 화합물의 상태이든 온도 · 압력에 관계없이 방사선을 내고 다른 원소로 된다.

       이와같은 현상을 원소의 붕괴라고 한다.

  ▣ 불안정한 원자핵을 가지고 있는 원소가 방사선을 내놓고 다른 원소로 변해가는 것을 방사성 붕괴라고 한다. 불안정의

       정도에 따라 방사성 붕괴에 걸리는 시간이 다르다. 어떤 양의 방사성 원소가 붕괴하여 반이 남는 데 걸리는 시간을

       반감기라고 한다. 반감기가 짧을수록 더 불안정한 원자핵이다.

  ▣ 이런 방사성 원소들이 붕괴할 때는 항상 방사선이 나온다. 방사선은 큰 에너지를 가지고 있어 인체에 큰 영향을 줄 수

       있다. 방사선의 세기를 측정하는 가장 오래된 방법은 1초에 몇 번의 방사성 붕괴가 일어나느냐를 측정하는 것이다.

       1초에 한 번의 방사성 붕괴가 일어나는 경우, 즉 1초에 하나의 방사선이 일어나는 방사능의 세기를 1베크릴(Bq)이라고

       한다. 베크렐은 너무 작은 값이어서 실제로는3.7×1010Bq를 나타내는 큐리(Ci)라는 단위를 많이 사용한다.

  ▣ 방사선이 위험한 것은 방사선이 우리 몸의 원자나 분자를 전리시킨다는 것이다. 방사선의 에너지와 전리 현상은 우리

       몸 세포의 DNA를 파괴하여 암을 유발하고, 전리된 수소나 수산화이온은 다른 물질과 화합물을 만들어 각종 질병을

       유발할 수 있다.

     ◈ α 붕괴에 의하여 원자번호는 2, 질량수는 4 감소된다.

  ② β붕괴 : 어떤 원소에서 β붕괴가 일어나면 질량수는 변동없고, 원자번호가 하나 증가하여 새로운 원소로 된다.

                    따라서 주기율표에서 한 칸 뒷자리의 원소로 된다.​

    ◈ β붕괴에 의하여 원자번호는 1 증가하고, 질량수는 변동없다.

​

  ③ γ선 : γ선은 방출되어도 질량수나 원자번호는 변하지 않는다.​

                      [풀이] 반응 전후의 핵의 질량수의 총합과 양성자수의 총합은 같으므로

                                 질량수 = (9 + 4) - 1 = 12

                                 양성자수 = (4 + 2) - 0 = 6

라. 반감기

  ▣ 방사성 핵의 반감기는 핵의 반이 붕괴하는데 걸리는 시간으로 정의한다.

       즉, A → 생성물이며, 반감기는 A의 반이 반응하는데 걸리는 시간이다.

       붕괴되는 속도는 붕괴되기 전의 원소의 양 (원자수, 방사능 세기)이 반으로 감소하기 까지에 걸리는

       시간으로 나타내는데, 이 시간을 반감기라고 한다.

       여기서, M : 최후의 질량, m : 최초의 질량, T : 반감기, t : 경과시간

​

  [예제] 어떤 방사능 물질의 반감기가 10년이라면 10g의 물질이 20년 후에는 몇 g이 남는가 ?​

마. 원자에너지

  ▣ 아인슈타인의 일반 상대성 원리에 의하면 물질의 질량과 에너지는 서로 바뀔 수 있으며

       E = mc2

      여기서, E : 생성되는 에너지 (erg)

                   m : 질량 결손 (원자핵이 파괴될 때 없어진 질량)

                   C : 광속도 (㎝/s) = 3 × 1010 ㎝/s

                   와 같은 관계가 성립한다.

​

#무기화합물 #알칼리금속 #산화물 #경수 #연수 #알칼리토금속 #할로겐 #불활성기체 #방사성

#핵반응 #반감기 #양성자 #중성자

1. 산화 · 환원의 개념

  ▣ 산화 · 환원 반응(酸化 · 還元反應, Redox, reduction-oxidation)은 원자의 산화수가 달라지는화학반응이다. 산화·환원

       반응은 화학종 사이의 실제 또는 형식적인 전자 이동을 특징으로 하며, 가장 흔히 한 종(환원제)은 산화(전자 손실)를

       겪고 다른 종(산화제)은 환원(전자획득)을 겪는다.

       전자가 제거된 화학종은 산화되었다고 하고 전자를 얻은 화학종은 환원되었다고 한다.

  ◈ 산화(Oxidation)는 분자, 원자 또는 이논이 산소를 얻거나 수소 또는 전자를 '잃는' 것을 말한다.  

  ◈ 환원(Reduction)은 분자, 원자 또는 이온이 산소를 잃거나 수소 또는 전자를 '얻는' 것을 말한다.

  ▣ 산화, 환원 반응을 숫자로 계산하려고 만들어 낸 개념이 산화수이다.

  ▣ 철은 철 원소만 있을 때는 전하량이 없으니까 "0"이다. 그런데 산소와 결합했다면 산소는 전자 2개를 빼앗는 것이 기본

       인데 산소가 3개 이니까 전자 6개가 부족하다.

       따라서, 철 하나당 전자 3개를 담당하여 전체적으로 "0"이 되어 화합물이 되는 것이다.

       철은 0에서 +3이 되었으니 전자를 잃어 산화된 것이고

       산소는 0에서 2-가 되었으니전자를 얻어 환원된 것이다.

​

나. 산화수의 정의

  ▣ 산화수 (Oxidation Number, 또는 산화 상태)

     ⊙ 공유결합에서 모든 전자가 전기음성도가 큰 원자에 속한다는 가정하에 원자에 임의로 할당된 전하

  ▣ 반응 전후에 한 원자의 산화수를 비교하면 원자들이 전자를 얻었는지 또는 잃었는지를 알 수 있음

  ▣ 반드시 이온 전하를 의미하지는 않는다는 것에 유의해야 함

  ▣ 산화 - 환원 반응에서 전자의 추적에 도움을 주는 단순하고 편리한 방법임

  ▣ 물의 경우에는 H2O는 H2와 O가 공유결합을 한다. 이 때 전자를 산소쪽으로 살짝 당겨지긴 하지만 그렇다고 수소가

       완전히 전자를 잃어 버린 것은 아니다. 공유결합은 이온결합 처럼 전하수가 주고 받는 것이 명확하지 않으므로 이럴 때

       는 전자를 얻는 것인지 잃는 것인지 모호할 수 있다.

       따라서 공유결합한 두원자 중에서 전기음성도가 큰 원자가 전자를 가져갔다고 본다.

       그래서 산소가 최외각 껍질 전자가 6개가 있었는데 수소의 전자 2개를 가져가 산소는 전자가 8개가 된다.

       산화수는 원래의 원자 최외각 전자수 빼기, 공유 전자를 전기음성도가 센 원자가 전자를 가져간다고 가정했을 때,

       이 전자수를 빼서 계산하면 6 - 8 = -2 가 된다.

       수소는 최외각 전자가 1개 있는데 이것을 빼앗겼으니까 전자가 없는 것과 마찬가지가 되었다.

       그래서 수소는 1 - 0 = +1 이 된다.

       이것이 산화수 개념이다.

​

다. 산화수 규칙

  ▣ 홑 원소 물질로 된 원소상태에 있는 물질들은 산화수가 모두 "0"이다.

       이 물질은 다른 물질과 결합한 것이 아니므로 전자를 빼앗기거나 가져오지 않은 상태이다.

       그런데 이 물질, 원자 하나가 이온화를 하면 단원자 이온에서 원자의 산화수는 그 이온이 가지는 전하수와 같다.

       원자 하나가 이온이 되었을 때 산화수는 그 물질의 전하수이다.

  ▣ 다원자 이온일 때는 물(H2O)을 예로 들면, 다원자 이온이나 분자화합물이 있을 때는 물은 산소가 전자를 세게 당기므

       로 산소는 특별하지 않은 경우 산화수는 -2이다.

       대부분의 산소는 최외각 껍질 전자가 6개로 전자 2개를 가져 오므로 산소는 -2, 수소는 +1이 된다.

  ▣ 그런데 O-H 라는 수산화이온은 왜 생겼을까 ?

       산소가 -2 이고, 수소가 +1이고 나트륨은 +1이기 때문에 특별하지 않을 때는 산소원자 하나와 수소원자 1개와 나트륨

       1개가 결합하여 수산화나트륨 (NaHO)이 되지만, 무슨 일에 의해서 인지는 모르지만 Na - O - H의 분자구조에서 Na가

       떨어져 나가 Na+가 되고 O-H- 의 불완전한 이온이 되는 경우가 있다.

       이렇게 하여 생긴 이온이 수산화이온 (OH-)이 된다.

       암모니아는 수소보다 질소가 전자를 당기는 힘이 세서 수소가 +1, 질소가 -3이 된다.

  ▣ 산소는 일반적으로 산화수가 -2이다. 그런데 그렇지 않은 경우가 있다.

       OF2 라는 분자이다. 불소 (F)는 전기음성도에서 범접 불가이다. 전기형성도가 무조건 제일 세다.

       불소(F)는 어느 물질에서든 전자를 항상 빼앗아 오는 물질이다.

       그리고 최외각 전자가 7개라서 항상 산화수는 -1이다.

       그런데 불소(F) 2개가 있으니 산화수는 +2가 된다.

       산소는 일반적으로 전자를 빼앗는 -2의 역할을 하지만 불소를 만나면 전자를 빼앗기는 +2 의 역할로 변한다.

  ▣ H2O2는 산소보다 전자를 못 빼앗으므로 오히려 산소보다 전기 음성도가 작으니까 수소 +1 이 2개 있고

      원래 산소는 -2가 되어야 하는데 수소가 줄 수 있는 전자가 없어서 -1개 짜리 2개인 과산화, 불안정한 물질이 된다.

  ▣ 할로젠, F, Cl, Br, I 는 일반적으로 산화수 -1을 갖는다.

       17족 원소이니까 최외각 전자수가 7개 있다.

       그런데 Cl2O라는 분자로 있을 때는 F, Cl, Br, I 계열 원소중 F는 산소보다 전기 음성도가 크지만

       Cl, Br, I 는 산소(O)보다 전기음성도가 크지 않다.

       따라서 Cl2O 에서 O는 -2이고 Cl 원자 하나가 +1을 가질 수 밖에 없다.

       F를 제외한 Cl, Br, I 는 산소(O)와 만나면 상황이 달라진다.

  ▣ 중성인 분자에서는 산화수 합이 분자가 되고 H2SO4에서 분자면 "0"이 되고

       산화수의 합이 "0"이 되어야 한다. 따라서 합이 "0"이 되려면 S는 +6이 된다.

  ▣ 다원자 이온에서는 산화수 합이 알짜 전하수와 같다.

  ▣ ClO4-, 과염소산 이온인데 여기에서 산소는 일반적인 경우로 산화수가 -2이고

       산화수의 합이 -1이 된다는 것이다. 그러면 Cl은 +7이 되어야 한다.

​

  ① 자유상태에 있는 원자, 분자의 산화수는 "0"이다.

       ex : He, Cl2, O2, N2 등

  ② 단원자 이온의 산화수는 이온의 전하와 같다.

       ex : Cu2+ : 산화수 +2, Cl- : 산화수 -1

  ③ 화합물 안의 모든 원자의 산화수 합은 "0"이다.

       ex : H2SO4 : (+1×2) + (+6) + (-2×4) = 0

  ④ 다원자 이온에서 산화수 합은 그 이온의 전하와 같다.

       ex : MnO4- : (+7) + (-2×4) = -1

  ⑤ 알칼리 금속, 알칼리토금속, ⅢA족 금속의 산화수는 +1, +2, +3 이다.

  ⑥ 불소화합물에서 불소의 산화수는 -1, 다른 할로겐은 -1이 아닌 경우도 있다.

  ⑦ 수소의 산화수는 금속과 결합하지 않으면 +1, 금속의 수소화물에서는 -1 이다.

       ex : HCl, NH3, H2O, NaH, MgH2, CaH2, BeH2

  ⑧ 산소의 산화수 = -2, 과산화물 = -1, 초과산홤루 = -1/2, 불산화물 = +2

       ex : Na2O, Na2O2, NaO2, OF2

  ⑨ 주족 원소 대부분은 [ⅠA족 +1] [ⅡA족 +2], [ⅢA족 +3], [ⅣA족 ±4], [ⅤA족 -3, +5]

       [ⅥA족 -2, +6], [ⅦA족 -1. +7]​

3. 산화제와 환원제

 가. 산화제와 환원제

  ① 산화제 : 자신은 환원되면서 다른 물질을 산화시키는 물질, 즉, 자신은 환원되고 남을 산화시킴

  ② 환원제 : 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 물질, 즉, 자신은 산화되고 남을 환원시킴

  ③ 산화제의 조건

     ㉠ 전자를 얻기 쉬울 것 : 17족 (F2, Cl2, Br2, I2)

     ㉡ 산화수가 큰 원자를 가질 것 (MnO2, KMnO4, K2Cr2O7)

  ④ 환원제의 조건

     ㉠ 전자를 내기 쉬울 것 : 금속 (K, Na, Ca)

     ㉡ 산화수가 작은 원자를 가질 것 (C, SCl2, H2S)​

나. 산화력, 환원력의 크기

  ▣ 산화(산화수 증가)되는 물질 ⇒ 환원제이고 환원력이 세다.

  ▣ 환원 (산화수 감소)되는 물질 ⇒ 산화제이고 산화력이 세다.

     ※ 주기율표와 관계

다. 산화수와 산화 · 환원의 관계

  ① 산화 : 산화수가 증가하는 반응 (전자를 잃음)

  ② 환원 : 산화수가 감소하는 반응 (전자를 얻음)

​

4. 산화 · 환원 방정식 (산화수법)

  ① 산화수를 조사하여 산화수의 증가, 감소량을 구한다.

  ② 산화 반쪽 반응식 : Fe2+ → Fe3+ + e-         ……………… ㉠

       환원 반쪽 반응식 : 5e- + MnO4- → Mn2+   ……………… ㉡

      ㉠ × 5 : 5 Fe2+ → 5Fe3+ + 5e-                ………………… ㉢

      ㉡ + ㉢ : 5Fe2+ + MnO4- → 5Fe3+ + Mn2+       ………… ㉣

  ③ 산소 원자의 개수는 H2O로 맞춰준다. 따라서 ㉣에서 우측에 4몰의 H2O를 더해 준다.

        5Fe2+ + MnO4- → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

  ④ H2O로 인해 수소 원자 개수를 왼쪽의 H+로 맟춰준다.

        5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

​

5. 전기화학

가. 금속의 이온화 경향

  ▣ 금속원소는 여러가지 비금속 원소나 원자단과 화합물을 만든다.

       화합물 중의 금속원자는 전자를 잃어 버리고 양이온으로 된다. 이 처럼 금속원자는 한개 또는 수개의

       최외각 전자를 잃어 양이온이 되려는 성질이 있다. 이를 이온화 경향이라 한다.

나. 금속의 이온화와 화학적 성질

  ① 금속의 반응성 : 금속이 비금속과 화합할 때 금속은 양이온이 되고, 비금속은 음이온이 된다.

                                 따라서 금속 단체가 반응하는 경우, 전자를 상대에게 주고 양이온이 되는 반응을 한다.

                                 그러므로 일반적으로 이온화 경향이 큰 금속일수록 반응하기 쉬운 금속에 속한다.

   <참고> 이온화 경향이 큰 금속은 화학반응이 활발하고, 역으로 이온화 경향이 작은 금속은 화학반응을 잘 안한다.

  ② 공기 중의 산소와의 반응 : 이온화 경향에 따라 다음과 같이 반응한다.

      ㉠ K, Ca, Na, Mg : 상온의 건조된 공기 중에서 산화한다.

      ㉡ Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu : 습한 공기 중에서 산화되고 건조한 공기 중에서는 표면만 산화된다.

      ㉢ Hg, Ag, Pt, Au : 공기중에서는 변화가 없다.

  ③ 물과의 반응 : 이온화 경향에 따라 다음과 같이 반응한다.

      ㉠ K, Ca, Na : 상온에서 물과 격렬하게 반응하여 수산화물이 생성되고, 수소가 발생한다.

      ㉡ Mg, Al, Zn : 찬물과는 반응하지 않으나 더운 물 또는 수증기와 반응하여 수소가 발생한다.

      ㉢ Fe는 고온에서 고온의 수증기와 반응하며 가역반응을 한다.

다. 화학전지

  ▣ 자발적 산화 · 환원 반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 다시 말해서 화학변화를 이용하여

       전자를 흐르게 하는 장치를 말한다.

라. 화학전지의 종류

  ① 볼타 전지 : 구리는 수소 보다 이온화 경향이 작아 반응하지 않는다. 아연은 수소보다 반응성이 크기 때문에 묽은 황산

                          과 반응하여 아연이 산화되고 (전자 잃음) 수소이온이 수소기체로 환원된다.

       (-) Zn Ⅰ H2SO4 Ⅰ Cu (+), E° = 1.1 V

    ㉠ (-)극 아연판 : 질량 감소 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)

    ㉡ (+)극 구리판 : 질량 불변 : 2H+(aq) + 2e- → H2 (g) (환원)

    ㉢ 전체 반응 : Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

  <참고> 분극작용

  ⊙ 위 그림은 Cu판 표면에 H2 기체가 발생하므로 전지의 기전력이 떨어진다. 따라서 이러한 분극작용을

       없애기 위해서 MnO2와 같은 감극제를 상용한다.

 <참고> 염다리 (Salt bridge)란 ?

  ◈ 다른 이온 또는 물질과 반응하지 않는 NaNO3 (aq) 같은 전해질 용액을 채운 U자 모양 유리관으로 만들며, 전극에서

       산화와 환원반응이 일어나면 염다리에서 이온이 이동하여 전기적으로 중성을 유지한다.

  ◈ 왼쪽 전극에서는 산화반응(전자 2개 잃음), 오른 쪽 전극에서는 환원반응 (전자 2개 얻음)이 동시에 일어나며, 전자는

        외부 회로를 통해 이동하게 된다.

       염다리 - NaNO3는 Na+와 NO3-로 이온화되는데 왼쪽 전극에서 산화반응이 일어나서 전자는 외부 회로를 통해 이동

       하게 되므로 전기적으로 + 전하이고 이때 전기적 중성을 유지시키기 위해 NO3- (음이온)이 이동을 한다. 반대쪽 (오른

       쪽)에서도 마찬가지 반응이 일어난다.

     ◈ 두 반쪽 전자가 다공성 유리판이나 염다리로 분리되어 있다.

​

  ② 다니엘 전지 : 분극현상이 나타나는 볼타전지의 단점을 보완하여 개발

           (-) Zn Ⅰ ZnSO4 Ⅰ CuSO4 Ⅰ Cu(+), E° = 1.1 V

    ㉠ (-)극 아연판 : 질량 감소 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)

    ㉡ (+)극 구리판 : 질량 증가 : Cu2+ + 2e- → Cu (환원)

    ㉢ 전체 반응 : Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

​

  ③ 건전지

       (-) Zn Ⅰ NH4Cl Ⅰ MnO2, C(+), E° = 1.1 V

    ㉠ (-)극 아연 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)

    ㉡ (+)극 탄소 : 2NH4 + 2e- → 2NH3 + H2 (환원)

        ※ 건전지에서 NH4Cl은 전해질, MnO2는 감극제로 사용

  ④ 납축전지

        (-) Pb Ⅰ H2SO4 Ⅰ PbO2, E° = 2.0 V

   ㉠ (-)극 (Pb판) : Pb(s) + SO42- (aq) → PbSO4 (s) + 2e- (산화)

   ㉡ (+)극 (PbO2판) : PbO2 (s) SO42- (aq) + 4H+ (aq) + 2e- →

        PbSO4 (s) + 2H2O (l) (환원)

   ㉢ 전체 반응​

     이와 같이 납축전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지이다.

     반면 건전지와 같이 충전이 어려운 전지를 1차 전지라 한다.

​

  ⑤ 전기분해

    ▣ 전해질 수용액이나 용융 전해질에 직류 전류를 통하면 그 전해질은 두 전극에서 화학변화를 일으킨다.

         이를 전기분해라 한다.

       그러나 이온화 경향이 큰 이온이나 몇 가지 원자단은 방전하기 어려워 대신 수용액 중 H+ 이나 OH- 이 방전한다.

         (K, Na, Ca, Ba, SO4, CO3, PO4, NO3은 방전하기 어렵다)

   ㉠ 소금물의 전기 분해

  ◈ 소금물 : NaCl + H2O → Na+ + Cl- + H2O

       (-)극 : 이온화 경향이 작은 것이 석출

                  2H2O (l) + 2e- → H2 (g) + 2OH- (aq-)

       (+)극 : 원자단과 아닌 것이 있으면 아닌 것이 석출,

                  같은 원자단이면 OH- (O2↑)이 석출

                 2Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2e-

       <전체반응> 2Cl- (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + H2 (g) + 2OH (aq)

          ex : ⅠA 족 (Na, K), ⅡA 족 (Ca) 등은 물과 반응한다.

   ㉡ CuSO4 용액의 전기분해

   ◈ CuSO4 → Cu2+ + SO4

       (-)극에서는 Cu2+이 방전되어 Cu로 극판에 석출된다.

          Cu2+ + 2e- → Cu

       (+)극에서 SO42-은 방전되지 않고 이 이온의 작용으로 구리판이 산화된다.

          Cu - 2e- → Cu2+

       두 극을 백금(Pt)을 사용하면 (-)극에서는 구리가 석출되고, (+)극에서는 SO42-​이 방전되지 않고 물이 방전되어

       산소 (O2)가 발생하는 것은 묽은 H2SO4 용액을 전기분해할 때 (+)극에서 일어나는 방전과 같다.

          2 H2O - 4 e- → 4 H+ + O2 ↑

​

마. 페러데이 법칙

  ① Q = it

    여기서, Q : 통해준 전기량 (쿨룽), i : 전류 (Ampere), t : 통해준 시간 (sec)

    [제1법칙] 같은 물질에 대하여 전기분해로써 전극에서 일어나는 물질의 (화학변화로 생긴) 양은 통한 전기량에 비례한

                    다.

    [제2법칙] 일정한 전기량에 의하여 일어나는 화학변화의 양은 그 물질의 화학당량에 비례한다.

  ② 전기량의 단위 : 전기량은 전류의 세기 (Ampere)에 전류가 통과한 시간을 곱한 값과 같다.

                                 1A의 전류가 1초 동안 흐른 전기량을 1 C(쿨룽)이라 한다.

                                  i (A)의 전류가 t초 동안 흐르는 전기량 Q는 다음과 같이 표시한다.

          Q [C] = i [A] × t [sec]

          5 [A]의 전기량이 한시간 동안 흐른 전기량은 다음과 같다.

          Q = 5 × 3,600 = 18,000 [C]

   ▣ 각 극의 석출량 :

       ⊙ 전자 1[mol], 1 [F], 96,500 [C]의 전하량 = 1.6 × 10-19C/개 × 6.02 × 1023 개 / mol : 1g 당량

       ⊙ 농도, 온도, 물질의 종류에 관계없이 1패럿, 즉, 96,500 [C]의 전기량으로 1g 당량의 원소가 석출된다.

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#아연 #구리 #염화나트륨 #페러데이

다. 용액의 분류

다. 용해도 곡선

  ▣ 온도 변화에 따른 용해도의 변화의 관계를 나타내는 그래프

2. 용해도

 가. 고체의 용해도

   ▣ 용매 100g 에 용해되는 용질의 최대 g 수, 즉 포화용액에서 용매 100g에 용해된 용질의 g 수를 그 온도에서 용해도라

        한다.

   ex : 물 100 g 에 소금은 20 ℃에서 35.9 g 녹으면 포화된다. 따라서 20℃ 일 때 소금의 물에 대한 용해도는 35.9 이다.

     예제) 20℃의 물 500g에는 설탕이 몇 g까지 녹을 수 있는가 ?  (단, 20℃ 의 물에 대한 설탕의 용해도는 204 이다.)

      [풀이]  20 ℃의 물 100g에 설탕은 204g 까지 녹을 수 있다. 따라서 500g 에 녹을 수 있는 설탕 x (g)은 ?

                 100 : 204 = 500 : x, x = 204 × 500 / 100 = 1,020 g

​

 나. 기체의 용해도

   ① 온도의 영향 : 기체가 용해되는 과정은 발열반응이므로 온도가 높을 수록 기체의 용해도는 감소한다.

   ② 압력의 영향 (헨리의 법칙)

     ㉠ 용액에서 기체의 용해도는 그 기체의 압력에 비례한다.

     ㉡ 기체의 용해도는 여러 종류의 기체가 혼합되어 있을 경우 그 기체의 부분 압력과 몰분율에 비례한다.

     ㉢ 일정한 온도에서 용매에 녹는 기체의 질량은 압력에 비례하나, 압력이 증가하면 밀도가 커지므로 녹는

          기체의 부피는 일정하다.

       * 녹는 기체의 질량 w = kP (T 일정)

  <참고> 헨리의 법칙은 용해도가 작은 기체이거나 무극성 분자일 때 잘 적용된다. 차가운 탄산음료수의 병마개를 뽑으면

               거품이 솟아 오르는데, 이는 탄산 음료수에 탄산가스가 압축되어 있다가 병마개를 뽑으면 압축된 탄산가스가

               분출되어 용기의 내부압력이 내려가면서 용해도가 줄어 들기 때문이다.

          ex : H2, O2, N2, CO2 등 무극성 분자

   ③ 재결정 : 온도에 따른 용해도 차가 큰 물질에 불순물이 섞여 있을 때 고온에서 물질을 용해시킨 후 냉각시켜 용해도

                     차이로 결정을 석출하는 방법

다. 수화물

  ▣ 결정수를 가진 결정을 가열하여 결정수를 일부 또는 전부 제거하면, 일반적으로 결정이 파괴되어 다른 결정형으로

       되거나 분말 (가루)로 된다.

    ex : CuSO4 · 5H2O (s) (청색) →(가열) ← (수분 흡수) CuSO4(s) (백색분말) + 5 H2O (g)

          이 반응은 가역반응이며, 색깔의 변화를 이용하여 수분의 검출에 이용된다.

 ① 풍해 (風解) : 결정수를 가진 결정, 즉 수화물이 스스로 공기 중에서 결정수의 일부나 전부를 잃어 분말로 되는 현상을

                           풍해라 한다.​

  ② 조해 (潮海) : 고체 결정이 공기 중의 수분을 흡수하여 스스로 용해하는 현상을 조해라 한다.

                            일반적으로 조해성을 가진 물질은 물에 대한 용해도가 크다.

                             1류 위험물 (산화성 고체)은 조해성 물질이다.

           ex : NaOH(s) · KOH · CaCl2 · P2O5 · MgCl2

                                 (건조제로 이용)

​

3. 용액의 농도

가. 몰분율 (XA)

  ▣ 혼합물 속에 한 성분의 몰수를 모든 성분의 몰수로 나눈 값​

나. 퍼센트 농도 (%)

  ▣ 용액에 대한 용질의 질량 백분율​

다. 몰농도 (M)

  ▣ 용액 1ℓ (1,000㎖)에 포함된 용질의 몰 수

     여기서, g : 용질의 g 수, M : 분자량, V : 용액의 부피 (㎖)

​

라. 몰랄 농도

  ▣ 용매 1,000g에 녹아 있는 용질의 몰 수 (m)인 몰랄 농도는 질량 (㎏)을 사용하기 때문에 온도가 변하는 조건에서

       이 몰랄농도를 사용한다.​

마. 노르말 농도

  ▣ 용액 1ℓ (1,000㎖) 속에 녹아 있는 용질의 g당량수를 나타낸 농도​

  <참고> 당량

  ◈ 전자 1개와 반응하는 양을 당량이라고 하는데 정확히 수소 1g 또는 산소 8 g과 반응할 수 있는 그 물질의 양을 1g 당량

       이라 정의 한다.​

바. 농도의 확산

  ① 중량 %를 몰농도로 환산하는 법 : 중량 %를 몰농도로 환산할 때에는 다음과 같이 용액 1ℓ에 대하여 계산한다.

   ◈ 중량 백분율 a (%) 용액의 몰농도 x를 구해 보자.

        이 용액의 비중을 S, 용질의 질량 w (g)은 얼마인가 ?​

   ◈ 용질 w(g)의 몰수는 용질의 분자량(식량) M으로 부터 w/M이 된다.

         따라서, 몰 농도는 다음과 같이 구할 수 있다.​

  ② 몰 농도를 중량 %로 환산하는 법 : 몰농도를 중량 %로 환산할 때도 용액 1ℓ의 질량과 이 속에 녹아 있는 용질의 질량을

        구하여야 한다.

   ◈ n 몰 농도 용액의 중량 백분율 x (%)를 구해 보자.

       이 용액의 비중을 S, 용질의 분자량을 M이라 하면 이 용액 1ℓ의 질량 w (g)은 얼마인가 ?

           w = 1,000 × S (g)

       이 용액 1ℓ 속의 용질의 질량 m (g) 은 ? m = n · M (g)

       중량 백분율 x (%)는 용액의 질량 100 g 에 대한 g 수 이므로

           1,000 × S : nM = 100 : x​

사. 혼합용액의 농도

    MV ± M'V' = M" (V+V') (액성이 같으면 +, 액성이 다르면 -)

    MV ± N'V' = N" (V+V')

​

아. 끓는 점 오름과 어는 점 내림

   ▣ 용액은 순수한 용매보다 증기압이 낮아지므로 용액의 끓는 점은 순수 용매의 끓는 점 보다 높아지고

        용액의 어는 점은 순수한 용매 보다 낮아진다. 이는 몰랄 농도에 비례하여 변한다.

  ① 끓는 점 오름

     ㉠ 용액의 끓는 점은 용매의 끓는 점 보다 높다.

     ㉡ 끓는 점 오름 (△Tb)은 용액의 몰랄농도 (m)에 비례한다.

         △Tb = kb m (kb : 몰랄 오름 상수)

   ② 어는 점 내림

      ㉠ 용액의 어는 점은 용매의 어는 점 보다 낮다.

      ㉡ 어는 점 내림 (△Tf)은 용액의 몰랄농도 (m)에 비례한다.

           △Tf = kf m (kf : 몰랄 내림 상수)

  ③ 전해질 용액의 끓는 점 오름과 어느 점 내림 : 1분자가 2개의 이온으로 전리하는 전해질 용액의 전리도를 α 라 하면,

            전해질 1 mol은 비전해질 (1+α) mol에 해당한다. 따라서, 전해질 용액은 같은 몰 수의 비전해질 몰 수 보다 (1+α)배

            끓는 점이 높고 어느 점이 낮다.

  ④ 삼투압 : 용액중 작은 분자의 용매는 통과시키나 분자가 큰 용질은 통과 시키지 않는 막을 반투막이라 한다.

            ex : 동식물의 원형질막, 방광막, 콜로디온막, 셀로판 황산지 등은 불완전 반투막이다.

  ▣ 반투막을 경계로 동일 용매에 다른 용액을 접촉시키면 양쪽의 농도가 같게 되려고 묽은 쪽 용매가 반투막을 통하여

       농도가 진한 용매 쪽으로 침투한다. 이때 반투막에 작용하는 압력을 삼투압이라 한다.

  <참고> 비전해질의 묽은 수용액의 삼투압은 용액의 농도 (몰농도)와 절대온도 (T)에 비례하며, 용매나 용질의 종류와는

               관련이 없다.

 ⑤ 반트 호프의 법칙 : 일정한 부피 속에 여러가지 비전해질 용질 1 몰 씩을 녹인 용액의 삼투압은 모두 같다.

                                     이를 반트 호프의 법칙이라 한다.​

   어느 V(ℓ)의 묽은 용액 속에 어떤 용질 n 몰이 녹아 있을 때 농도는 n/V (몰/ℓ)가 될 것이며,

   이 때 절대 온도를 T라 하면, 이 용액의 삼투압 π는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.​

   실험에 의하면 k는 이상 기체 상수 R과 같다. 따라서 위 식은 이상기체 상태방정식과 같은 관계식으로

   아래와 같이 나타낼 수 있으며 V(ℓ) 속에 분자량이 M인 용질 w(g)가 포함되어 있다면 이 용질의 몰 수는

    n = w/M 이므로 이를 기체 상태 방정식에 대입할 수 있다.​

  <참고> 삼투압은 πV = nRT 의 단위에 주의하여야 한다. π 는 삼투압 (Pa, kPa), V는 부피 (ℓ, ㎥), n은 몰 수, T는 절대온도

                (273.15 + ℃), R = 0.0821 (1 atm · ℓ / mol · K)이다.

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4. 콜로이드 용액

가. 콜로이드 입자

  ▣ 전분, 단백질 등은 분자량이 크고, 분자의 크기가 10 ~ 100 A 의 범위에 있으며 결정이 잘 되지 않는다.

       이러한 크기의 입자를 콜로이드 입자라 한다.

나. 콜로이드 용액의 성질

  ① 틴들현상 : 콜로이드 용액에 강한 빛을 통하면 콜로이드 입자가 빛을 산란하게 하기 때문에 빛의 통로가 보이는 현상을

                        말한다.

  ※ 한외 현미경 : 틴들현상을 이용하여 콜로이드 입자의 수와 운동상태를 볼 수 있는 현미경

      예 : ⊙ 어두운 곳에서 손전등으로 빛을 비추면 먼지가 보인다.

             ⊙ 흐린 밤중에서 자동차 불빛의 진로가 보인다.

  ② 브라운 운동 : 콜로이드 입자들이 불규칙하게 움직이는 것

  ③ 투석 : 콜로이드 입자는 거름 종이를 통과하거나 반투막 (셀로판지, 황산지, 원형질막)은 통과하지 못하므로 반투막을

                  이용하여 보통 분자나 이온과 콜로이드를 분리, 정제하는 것 (콜로이드 정제에 이용)이다. 이와 같은 성질을

                  이용한 것이 투석이다.

   <참고> 콜로이드 입자는 투석막을 통과하지 못한다.

                셀로판지와 투석막은 보통의 이온이나 분자 등은 통과시키나, 콜로이드 입자는 통과시키지 못한다.

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  ④ 전기 영동 : 전기를 통하면 콜로이드 입자가 어느 한 쪽 극으로 이동한다.

                    예 : 집진기를 통한 매연 제거

     ◈ 콜로이드 입자는 전기를 띠고 있어 (+) 콜로이드는 (-)극으로, (-) 콜로이드 입자는 (+)극으로 이동한다.

  ⑤ 엉김과 염석 : 콜로이드가 전해질에 의해 침전되는 현상이다. 이 현상은 몰 수와 관계없이 전해질의 전하량이 클 수록

                             효과적이다.

       예 : (+) 콜로이드일 경우 → 음이온 : 비고 PO43- > SO42- > Cl-

              (-) 콜로이드일 경우 → 양이온 : 비고 Al3+ > Mg2+ > Na+

    ㉠ 엉김 : 소수 콜로이드가 소량의 전해질에 의해 침전

           ex : 흙탕물에 백반 (전해질)을 넣어 물을 정제한다.

           ※ 소수 콜로이드 : 물과 친하지 않아 소량의 물분자로 둘러 쌓여 있는 콜로이드 : Fe(OH)2, Al(OH)3

    ㉡ 염석 : 친수 콜로이드가 다량의 전해질에 의해 침전

           ex : MgCl2를 넣어 두부를 만든다.

                  (전해질)

           ※ 친수 콜로이드 : 물과 친하여 다량의 물분자로 둘러 쌓여 있는 콜로이드 : 전분, 젤라틴, 한천 등

     (A) : 입자들이 같은 극성의 전하를 띠고 있기 때문에 서로 반발하여 안정된 상태를 유지한다.

     (B) : 서로 다른 극성의 이온이 첨가 되어 용질이 전하를 잃고 콜로이드가 엉긴다.

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