아낌없이 주는 나무

​

1. 자일렌(크실렌) 이성질체의 구조식 3가지를 그리고 각각의 이름을 명명하시오.

  [해설] 자일렌[C6H4(CH3)2]은 비수용성의 액체로서 벤젠핵에 메틸기(-Ch3) 2개가 결합한 물질로 3가지의 이성질체가 있으며

            무색투명하고, 단맛이 있으며, 방향성이 있다.

[정답]

2. 제1류 위험물로서 흑색화약의 원료로 쓰이는 물질에 대해 다음 물음에 답하시오.

  ①  명칭

  ② 화학식

  ③ 400℃에서의 분해반응식

[풀이] KNO3 (질산칼륨)의 일반적 성질

  ㉠ 분자량 101, 비중 2.1, 융점 339℃, 분해온도 400℃, 용해도 26이다.

  ㉡ 무색의 결정 또는 백색 분말로 차가운 자극성의 짠맛이 난다.

  ㉢ 물이나 글리세린 등에는 잘 녹고, 알코올에는 녹지 않는다. 수용액은 중성이다.

  ㉣ 약 400℃로 가열하면 분해되어 아질산칼륨(KNO2)과 산소(O2)가 발생하는 강산화제이다.

[정답] ① 질산칼륨   ② KNO3   ③ 2KNO2 → 2KNO2 + O2

​

3. 다음 위험물에 대한 구조식을 적으시오.

  ① 메틸에틸케톤

  ② 과산화벤조일

[정답]

[정답] ① 사용정지 10일   ② 사용정지 30일   ③ 사용정지 60일   ④ 사용정지 90일    ⑤ 허가취소

​

9. 제2류 위험물인 철분에 대한 다음 물음에 답하시오.

  ① 공기중에서 산화하는 경우의 반응식

  ② 수증기와 접촉하는 경우의 반응식

  ③ 염산과 접촉하는 경우의 반응식

[풀이] 철분의 일반적 성질

  ㉠ 비중 7.86, 융점 1,535℃, 비등점 2,750℃

  ㉡ 회백색의 분말이며 강자성체이지만 766℃에서 강자성을 상실한다.

  ㉢ 공기중에서 서서히 산화하여 산화철(Fe2O3)이 되어 은백색의 광택이 황갈색으로 변한다.

        4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

  ㉣ 가열되거나 금속의 온도가 높은 경우 더운 물 또는 수증기와 반응하면 수소가 발생하고 경우에 따라 폭발한다. 또한 묽은 산과

       반응하여 수소가 발생한다.

       2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 3H2

       2Fe + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2

[정답] ① 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

          ② 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 3H2

          ③ 2Fe + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2

10. 100kPa, 30℃에서 100g의 드라이아이스의 부피 [ℓ]를 구하시오.

[해설] 드라이아이스는 이산화탄소(CO2)를 의미한다.

          100 kPa            1atm              = 0.987 atm

                                101.326 kPa

따라서, 이상기체 방정식을 이용하여 기체의 부피를 구할 수 있다.

[정답] 31.91 ㎖

​

17. 정전기 방전에 의해 가연성 증기나 기체 또는 분진을 점화시킬 수 있다. 이와 같은 정전에너지를 구하는 식은 다음과 같이 주어

       진다. 각 기호가 의미하는 바를 쓰시오.​

​

1. 원자량

  1~20번 원자의 원자량을 구하는 방법은 다음과 같다.

   ⊙ 원자번호가 홀수일 때 : 원자번호 × 2 + 1

   ⊙ 원자번호가 짝수일 때 : 원자번호 × 2

         이 방법이 맞지 않는 예외 원소가 5가지이며 원자량은 다음과 같다.

  ▣ 원자량은 탄소 12를 기준으로 양을 비교한 값이므로 단위가 없다. 단, 물질 1mol 이 있을 때의 g수를 말한다.

      ※ 산소의 원자량은 16이다. O2의 1 mol 이 있을 때 32g 이 된다.

​

<참고> 탄소(C)는 6번 원소이다.

            원자번호가 짝수 이므로 원자량을 구하기 위해서

            원자번호 × 2를 하면 6 × 2 = 12이다.

            나트륨(Na)은 11번 원소이다.

            원자번호가 홀수이므로 원자량을 구하기 위해

            원자번호 × 2 + 1 을 하면 11 × 2 + 1 = 23이다.

​

수헬리베 붕탄질 산풀네 나마알 규인황염 아칼칼

   ※ 평균 원자량 : 평균 원자량 = Σ 원자량 × 비율

​

​

2. 몰 (mol)​

3. 증기비중

  ▣ 공기의 밀도 (29g/22.4ℓ)를 기준으로 한 해당 기체와의 밀도의 비 (단위없음)​

[개념잡기]

 ▣ 어떤 화합물의 질량을 분석한 결과 나트륨 58.9%, 산소 41.03%였다. 이 화합물의

      실험식과 분자식을 구하시오. (단, 화합물의 분자량은 78(g/mol)이다)​​

4. 농도

  ▣ 몰 농도 (M) : 용액 1ℓ 속에 녹아 있는 용질의 몰 수

  ▣ 노르말 농도 (N) : 용액 1ℓ에 녹아 있는 용질의 g 당량수

  ▣ 몰랄 농도 (m) : 용매 1 ㎏ 속에 녹아 있는 용질의 몰 수​​

 <참고>

  ▣ 노르말 농도 (N)

     ⊙ 당량(n) × 몰 농도 (M)

  ▣ 산의 당량

     ⊙ 이온화되어 수소이온 (H+)을 내는 개수

         ex : HCl : 1당량

                H2SO4 : 2당량

​

5. 용해도

가. 고체의 용해도

  ▣ 용매 100g 에 용해되는 용질의 g수

  ▣ 온도가 증가하면 더 잘 녹으므로 용해도가 증가한다.

  ▣ 70℃에서 용해도가 50이라면, 용매 100g 에 용질 50g이 녹은 것이므로

      용액의 양은 150g으로 보아야 한다.

​

#용해도 #몰농도 #몰랄농도 #노르말농도 #주기율 #원자량 #원소 #원자번호

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.

​

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.

​

  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.

​

#전해질 #콜로이드 #이온 #엉김 #투석 #삼투압 #반트호프 #농도 #용액 #용해도 #용매 #용질

가. 고체 (Solid)

  ▣ 탄성체 (Elastic Solid)

  ▣ 소성체 (Plastic Solid)

   ※ 고체의 특성은 형태가 유지되고 결합력이 높아서 분자들이 움직이지 않고 밀도가 높다.

       분자간의 거리가 가깝고 압축성에 대한 강도가 매우 높다.

위 그림에서 X축 Strain은 변형율을 나타내고 Stress는 응력을 나타낸다. 응력과 변형률의

관계를 통하여 탄성체와 소성체를 구분하여 보자.

여기서 Stress는 단위 면적당 작용하는 힘이다. 즉 수직으로 작용하면 수직응력, 수평으로

작용하면 전단응력이라고 한다. Strain은 변형률이라고 했다. 변형률은 원래 길이 대비

변형된 길이이다.

위 그림에서 고체에 Stress를 가할 때 작용하는 힘과 변형률이 처음에는 선형적(비례관계)

에 있다가 어느 지점을 지나면 곡선의 관계로 변한다. 선형 관계가 끝나는 지점을 Yield

(항복점)이라고 부른다. 항복점까지 과정에서 가해지는 힘을 항복응력이라고 한다.

그리고 더 힘을 가해서 고체가 파괴되는 점을 Failure(파괴점)이라고 하고 이 때 가해지는

힘을 Failure Stress라고 한다.

Stress와 변형률과의 관계가 선형적인 관계를 갖는 것을 탄성체라고 부른다. 탄성체의

특성은 파괴되지 않는 한 힘을 가했다가 중단하면 원래의 형태로 복귀한다. 그런데 항복점

을 넘어서면 가했던 힘을 회수해도 원래 모양대로 복귀하지 않는다. 이런 성질을 소성체라

고 한다.

위 그림에서 선형관계를 유지하는 동안의 Stress와 Strain의 비율을 Young's Modulus,

탄성계수, 강성계수 등으로 부른다. 이 때 이 계수의 단위는 응력의 단위와 같다. 그 이유는

Strain은 당초 길이 대비 변형된 길이 이므로 단위가 없다. Stress는 응력의 단위이므로

Stress를 Strain으로 나누면 그 단위는 Stress 즉 응력의 단위가 된다.

​

[Stress - Strain curve showing typical yield behavoir for nonferrous alloy's]

고체 물질은 그 물질을 이루는 구성성분에 따라서 다른 성질을 갖는다.

위 그림은 Nonferrous alloys로 비철합금을 예로 든 것이다. 합금금속 고체의 경우에는

위 그림의 그래프에서 x축은 L은 원래의 길이, l은 변형된 길이를 나타내고 Y축은 응력

즉 힘/단위면적을 나타낸다. 그래프에서 1~2.단계는 탄성거동을 하는 구간이고 점 2를

지나면 비탄성 거동을 하게 된다. 오른쪽 그림은 어떤 물체에 인장력을 가했을 때 변형이

일어나는 것을 보여주고 있다. 처음에는 양쪽에서 잡아 당기면 빨간색으로 변하는데 이는

응력이 작용한 결과이다. 늘어나면서 어떤 일이 일어나느냐 하면 고체는 부피가 변하지

않으려고 하는 성질 때문에 늘어나면서 동일 부피를 유지하기 위해 가늘어지게 된다.

​

[A stress - strain curve typical of structual steel (ductile)]

위 그림은 ductile 소재를 예로 든 것인데 ductile 이란 늘어나는 연상소재를 말한다.

위 그림에서 실제 응력탄도는 파란색 그래프처럼 움직인다.

그런데 빨간색은 이론적인 탄도를 나타낸 것이다.

그런데 실제와 이론적인 거동이 비슷한 것은 탄성거동 과정으로 서로 비슷하게 움직인다.

A는 겉보기 응력을 나타내고 B는 실제 응력 거동을 나타낸 것이다.

고체의 경우 취성 거동을 보이는 물질이 많은데 취성거동은 위 그래프와 같이

탄성거동이 나타나지 않고 파괴점이 금방 나타나는 물질을 말한다.

​

나. 유체 (Fluid)

  ▣ 액체 (Liquid)

  ▣ 기체 (Gas)

     [Phase Diagram]

위 그림은 물의 온도와 상의 변화를 나타낸 것이다.

​

[Properties of water]

물의 대표적인 특성은 위 그림의 왼쪽 아래와 같다.

즉, 높은 비열, 중성물질, 높은 열전동성, 3상 물질, 높은 용해성, 고체 부피가 액체 부피보

다 크다는 것 등이 물의 대표적 특성이다.

물은 지구상에서 가장 흔한 물질이다. 지구상의 물은 대부분 액체상태로 존재하고 다음으로

고체 즉 얼음 형태로 존재한다.

그림의 오른쪽을 보면 맨 위는 얼음(고체), 가운데는 액체, 아래는 수증기(기체)의 분자구조

를 나타낸다. 고체일 때 물분자가 강한 결합력을 가지는 것은 물분자가 한쪽은 양(+), 다른

쪽은 음(-)의 전기적 특성을 나타내기 때문이다.

이러한 분자적 특성이 나타나는 것은 표면장력에서 볼 수 있다.

오른쪽 아래 그림을 보면 왕관현상이라고 하는 물방울이 수면위로 튀어오르는 모습을

볼 수 있는데 물결 뿐만 아니라 솟아오르는 물기둥, 위에 완벽한 구 모양의 물방울까지 보이

는데 이와 같은 형태가 만들어지는 가장 큰 이유가 왼쪽 가운데 그림처럼 물분자의 극성 때

문이다. 물분자의 극성 때문에 만들어지는 것이 표면장력이다. 예를 들어 유리창에 물을

뿌리면 큰 덩어리는 중력 때문에 떨어지지만 대부분 얇은 막을 형성하여 증발할 때까지

유리창에 붙어 있는 것을 볼 수 있다. 이는 중력 보다 훨씬 큰 얇은 막의 표면장력을 형성

하기 때문에 유리창에 붙어 있게 된다.

물은 비열이 매우 크다. 비열은 어떤 물질이 가질 수 있는 에너지의 양을 말한다.

비열이 크다는 것은 에너지를 많이 저장할 수 있는 물질이라는 것이다. 물은 비열이 매우

크므로 에너지를 많이 저장할 수가 있다.

물은 산성도 아니고 알칼리성도 아닌 중성 물질이다.

물은 열 전도성이 높기 때문에 깊은 바다의 온도를 재 보면 상당한 깊이까지 물의 온도가

비슷함을 알 수 있다.

물은 똑 같은 H2O 분자구조를 가지고 있으면서도 고체, 액체, 기체 상태로 나타나는 3상

물질이다. 물은 용해도가 높아 다른 물질을 포용하는 양이 많은데 물이 용해도가 높은 것이

지구상에 생명이 살아 있는 이유가 된다. 식생이 살아가기 위해서는 많은 영양분이 필요한

데 땅속의 많은 영양성분 즉 미네날이 물에 녹아서 식물에 흡수할 수 있도록 해 준다.

물은 지구상에서 유일하게 고체의 부피가 액체의 부피보다 큰 물질이다.

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※ Real Fluid vs Viscous Fluid

  ▣ 이상 유체 (Ideal Fluid)

  ▣ 실제 (점성) 유체

    ⊙ Newtonian Fluid

    ⊙ (Non-Newtonian) Plastic Fluid

물체의 또 다른 성질인 점성에 대하여 알아보자.

점성은 끈적임인데 끈적임의 강도는 고체에는 없고 액체에 많다. 모든 유체는 점성이 있다.

땅콩 버터와 실리콘이 유체일까 ? 유체로 구분된다.

땅콩 버터는 물의 끈적임을 1로 보았을 때 꿀은 10만배인데 꿀보다도 100배가 많은 끈적

임의 강도를 갖고 있다. 실리콘은 물의 10^10 배의 끈적임을 갖고 있다.

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  ▣ 압축성

  ▣ 비압축성

유체의 성질중에 압축성과 비압축성이란 성질이 있다.

물도 압축성이 크지는 않지만 있다.

위 그림의 위쪽을 보면 잠겨진 밸브가 있는데 밸브를 열면 물이 흘러간다. 이 때 다시

밸브를 잠그게 되면 물이 왼쪽에서 오른쪽으로 흘러가는데 밸브를 잠그면 물의 흐름

에 의해 망치로 밸브를 때리 듯 아주 큰 충격이 발생하게 된다. 이를 수격작용이라고

한다. 기체의 압축성은 비행기의 소닉붐(Sonic Bomb)현상으로 설명할 수 있다.

초음속기가 음속을 돌파하면 비행기 바로 뒤쪽에서 꽃깔 모양의 구름이 형성되는데

이를 소닉붐이라고 한다. 이는 공기의 압축성에 의해 발생하게 된다.

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▣ 유체란 ?

  ⊙ 전단응력이 작용한 후 제거하여도 연속적으로 변형을 하는 물체를 말한다.

고체는 위 그림처럼 분자간의 결합력이 매우 강한 물질이다. 고체는 매우 강한

분자간의 결합력에 의해 주어진 전단력을 제거하게 되면 바로 현상력이 작용

하여 복귀가 되거나 그 상태를 유지하게 되나

유체는 분자간의 결합력이 약해 전단력이 가해지면 위쪽의 분자들 부터 쓸려

나가며 연속하여 변형이 이루어지다가 전단력이 제거되어도 당분간 변형이

계속되는 물질을 말한다.

즉, 고체와 유체를 구분하는 기준은 전단력이 가한 후 이를 제거하였을 때 변형을

계속하는 지 여부에 따라 구분을 하게 된다.

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#유체 #이상유체 #실제유체 #전단력 #열전도성 #현상력 #용해도 #중성 #산성

#알칼리성 #압축성 #점성 #탄성체 #소성체 #탄성거동 #비례관계 #항복점

#파괴점 #원자 #분자 #원자핵 #전자

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【 목 차 】

1. 용액

2. 용해도

3. 용해도에 영향을 주는 인자들

4. 용액의 종류

5. 용액의 농도

6. 묽은 용액의 총괄성

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1. 용액

가. 용액의 정의

▣ 용액은 2가지 이상의 물질이 균일하게 혼합되어 있는 상태 즉 균일 혼합물을 말한다.

     용액은 액체만 뜻하는 것이 아니고 공기 즉 기체도 용액이 될 수 있다.

▣ 용액에 작은 물질 예를들면 물에 설탕을 녹이는 경우 물이 용매, 설탕이 용질이란 것은

     극명하지만 공기와 같은 기체 용액의 경우 누가 용매이고 누가 용질일까 구분할 때는

     양이 제일 많은 성분이 용매이고 양이 제일 작은 성분을 용질이라고 한다.

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나. 상태에 따른 용액의 종류

▣ 치아 치료에 사용하는 아말감은 용매와 용액이 고체이고 용질이 액체인 형태이다.

     수은은 금속중에서 유일하게 상온에서 액체로 존재하는데 이 수은을 은에 넣어 녹여

     고체인 용액을 만드는 것이다. 따라서 우리가 알고 있는 합금이란 금속이란 혼합물은

     고체인 용액이다.

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다. 용매와 용질

라. 용액의 일반적인 성질

▣ 용해과정을 컵에 물이 있고 이곳에 각설탕을 넣을 경우 용해과정을 살펴 보면 물분자는

     분자간에 당기는 힘이 매우 세다. 물은 수소결합을 한다. 설탕도 분자(입자)들 간에 서

    로 당기는 힘이 있다. 이 두 물질이 녹는다는 것은 물과 설탕의 분자들이 균일하게 규칙

    적으로 배열되어야 한다. 이를 위해서는 용매(물) 분자간의 결합을 끊어야 한다. 물분자

    들이 단독으로 움직여야 한다. 용질(설탕)의 분자들간의 잡아 당기는 힘을 모두 끊고

    물과 설탕 분자들이 붙을 수 있게 하는 힘이 필요하다. 이 용액이 섞이기 위해서는 용매

    와 용매 사이에 붙어 있는 힘을 끊고 또한 용질과 용질 사이에 붙어 있는 힘도 끊어 용매

    와 용질이 새로 붙게 해야 한다. 이런 과정 용매 사이를 끊을 때에 에너지의 흡수가, 용

    질 사이를 끊을 때도 에너지의 흡수가 필요하다. 또한 용매와 용질 사이에 결합을 하니

    까 붙어서 불안정하니까 에너지를 방출하는 과정을 즉 용질과 용매들이 섞이는 에너지

    를 방출하는 과정을 즉 용질과 용매들이 섞이는 용해과정이 일어 나는데 이 때 결합을

    끊고 새로운 결합이 생기게 된다. 그런데 용질과 용매들간의 결합을 끊는 것이 어려워

    에너지가 필요한데 녹는 과정 즉 새로운 결합으로 안정해 지지 않으면 섞이지 않게 된

    다. 이런 경우가 기름과 물의 경우에 해당한다. 즉, 물과 기름들의 결합을 끊기는 어려

    운데 물과 기름간에는 사이 안 좋아 이들이 붙으면 안정해지지 않기 때문에 들어가는

    에너지는 매우 큰 반면 나오는 에너지는 없어서 불안정해지는 것이다. 이런 경우 기름은

    물에 녹지 않는다. 비극성은 비극성끼리 극성은 극성끼리, 극성은 분자들간에도 약간의

    플러스(+), 마이너스(-)가 있으니 플러스, 마이너스가 강한 이온물질은 극성 용매에 잘

    녹고 기름처럼 비극성 물질은 물이 극성이기 때문에 잘 섞이지 않는다. 용해과정을 가장

    간단하게 정리한 경험규칙이 "Like dissolves like" 즉 비슷한 것 끼리 섞인다. 이다.

    이 때 비슷하다는 것은 분자간의 힘이 비슷하다는 것이다.

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다. 용해과정의 경험법칙

  ▣ 비슷한 것 끼리 섞인다. (Like dissolves like)

3. 용해도에 영향을 주는 인자들

가. 온도와 용해도의 관계 : 고체

▣ 용해도에 영향을 주는 온도에 대해 알아 보자

▣ 글루코스 등 대부분 고체는 온도가 올라가면 잘 녹는데 염화나트륨 처럼 녹는 것이 정해

     진 물질도 있고 물질에 따라 온도와 무관한 물질이 있다.

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나. 온도와 용해도의 관계 : 기체

▣ 기체는 온도와 용해도 사이의 관계는 극명하게 나타난다.

▣ 따뜻한 콜라를 안먹듯이 왜냐면 온도가 높으면 탄산이 물이 잘 녹지 않으므로 기체는 온

    도가 높을 수록 녹는 양이 적어진다. 온도가 높다는 것은 용액속에 들어 있는 기체 입자

    들의 움직임이 활발해진다는 것이고 활발한 움직임을 보이는 입자는 날아가 버린다.

    따라서 기체은 온도가 올라가면 잘 녹지 않는다

▣ 고체와 액체는 압력을 주어도 부피가 줄어들지 않아 용해도에 차이가 없는데 기체는 압

    력을 세게 주면 부피가 줄어들어 분자간 간격이 좁아져 입자(분자)간 충돌횟수가 늘어

    나 기체들이 액체속으로 들어 가서 녹게 된다.

​

4. 용액의 종류

가. 불포화 용액

  ▣ 불포화 용액은 용해할 수 있는 능력 보다 적은 양의 용질이 녹아 있는 용액을 말한다.

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나. 포화용액

  ▣ 포화용액은 최대로 녹을 수 있는 상태로 용해된 경우를 말한다.

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다. 과포화용액

 ▣ 과포화용액은 포화용액을 가열한 것이다. 고체는 온도가 높아지면 대부분 많이 녹는다.

     가열하여 많이 녹인 다음 온도를 천천히, 아주 조금씩 낮추면 많이 녹인 용액이 온도가

     낮아져도 높은 용해도를 유지할 수 있다. 이를 과포화용액이라고 하며 과포화용액은

     매우 불안정한 용액이 된다.

▣ 과포화용액에 들어 있는 입자와 똑같은 조그마한 응결핵 하나만 넣어도 많이 녹아 있던

    입자들이 함께 굳어 결정을 형성하는 것을 볼 수 있다.

  ※ 이런 현상이 미세먼지와 어떤 관계에 있냐 하면 혈관속에 콜레스테롤이 많이 있는 사람

     은 콜레스테롤은 기름의 일종으로 물에 잘 안 녹는다. 그런데 콜레스테롤이 혈액에 억지

     로 녹아 있는데 과포화상태로 피속에 녹아 돌아 다니는데 여기에 미세먼지 PM 10 크기

     의 미세먼지나 초미세먼지 PM 2.5 이렇게 작은 입자들이 들어 오면 응결핵 역할을 하

     게 되고 콜레스테롤이 덩어리가 되어 뇌혈관을 막으면 뇌졸증이 올 수 있게 된다. 따라

     서 미세먼지가 매우 유해할 수 있다.

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라. 과포화 용액의 예

▣ 화학반응을 위해서 용액을 만드는 이유는 화학반응이 일어 날 수 있도록 반응물간의

    거리를 좁히기 위해서이다. 반응물간 충돌이 잘 일어나게 하기 위해 입자(분자)들간

    거리를 좁히는 것이다.

▣ 고체들 간에는 반응이 잘 일어나지 않는데 물에 녹으면 이온화하여 이들 이온화된

    물질을 섞으면 서로 입자(분자)들간에 충돌을 하여 반응을 하게 된다.

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5. 용액의 농도

가. 용액의 농도 단위

나. 몰 농도

▣ 실험에서 편리성 때문에 가장 많이 사용한다.

 ※ 1[mol]이 KCl을 충분한 양의 물에 녹인 다음 최종 용액을 1[ℓ]를 만든 경우 물의 양은

     1[ℓ] 보다 작은가, 큰가? 하면 알 필요가 없다. 많을 수도 있고 적을 수도 있다. 1[ℓ]의

     몰농도 용액을 만들기만 하면 된다.

예제) 9.3[g]의 KCl를 충분한 물에 녹여 250[mℓ]의 용액을 만들었을 때 이 용액의 몰농

         도를 계산하시오. (KCl의 몰 질량 74.55 [g[mol])이다.)

다. 몰 농도를 이용한 용액의 화학양론

6. 묽은 용액의 총괄성

가. 증기압 내림

▣ 비휘발성(nonvolatile) 용질(증기압을 만들지 않는 용질)이 액체에 녹게 되면 액체에

     의해 만들어지는 증기압은 감소한다.

▣ 이 법칙에 의하면 용액에서의 용매의 분압 (P1)은 순수한 용매의 증기압 (P1")에 용액중

     의 용매의 몰분율 (X1)을 곱한 값이다.

  ▣ 전체 용액중에 용질이 많을 수록 증기 압력도 떨어진다.

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나. 끓는 점 오름과 어는 점 내림

  ▣ 그래프에서 용매보다 용액이 되면 증기압이 떨어지니까 1기압이 되려면 높은 온도가

       필요하여 끓는 점이 높아진다.

 ▣ 반호프인자

  ⊙ 설탕물은 물에 녹았을 때 이온화가 되지 않아 1[mol]랄 용액은 끓는 점, 어는 점 상수

      가 1[mol]랄 농도로 작용하지만 소금 (NaCl)의 경우에는 물에 녹으면 이온화 되어

       Na+, Cl- 로 이온화되어 1[mol]이 녹으면 2[mol]의 효과가 나타난다. 이런 효과를

       반호프 (Van't Hoff) 인자라고 한다.

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라. 삼투현상과 삼투압

▣ 삼투압 현상은 반투막을 통해서 묽은 용액에서 농도가 짙은 용액으로 물이 이동하는 현

    상인데 압력이 같아지면 멈추게 된다.

▣ 용액의 삼투압(Osmotic pressure, π) 은 용액에서 용질의 농도(몰농도)에 정비례한다.

이 농도에서 KI 에 대한 실험값의 Van't Hoff 인자는 1.90 이다.

▣ 혈액의 적혈구는 세포로 되어 있는데 - 적혈구가 속이 비어 있다- 등장액은 세포의 용질

    과 농도가 같아지는 것이다. 0.9[%] 식염수를 넣으면 이런 형태이고 바깥의 농도가

    너무 진해진다. 그러면 물을 빼앗겨 쭈글어 들고 밖의 농도가 묽으면 물이 들어 와서

    터지는 용혈현상이 나타난다. 삼투현상도 마찬가지로 물의 이동에 따라 나타난다.

    이것이 물의 총괄성이다.