아낌없이 주는 나무

1. 공유결합

​

가. 공유결합이란 ?

원자들이 각각 전자를 내 놓아 전자쌍을 만들고, 이 전자쌍을 공유함으로써 형성되는

결합으로 오비탈의 겹침에 의해 원자 핵 사이에 전자밀도가 집중되어 형성된다.

공유결합은 원자 오비탈 겹침에 의하여 형성되고 각 오비탈은 반대 스핀의 한쌍의 전자

를 포함한다. 이 때 각 결합한 원자의 오비탈은 그 상태를 유지하되 겹침 오비탈의 전자쌍

은 두 원자에 의하여 공유한다.

시그마 결합 (σ)

파이 결합 (π)

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

마. 산화물 (출제빈도 높음) ★★★

  ▣ 물에 녹으면 산·염기가 될 수 있는 산소와의 결합물을 산화물이라 한다.

    ① 산성 산화물 (무수산) : 물과 반응하여 산이 되거나 또는 염기와 반응하여 염과 물을 만드는  비금속 산화물을

                                             산성 산화물이라 한다.

         ex : CO2 + H2O → H2CO3 (탄산) ⇔ 2H+ + CO32-

    ② 염기성 산화물 (무수염기) : 물과 반응하여 염기가 되거나 또는 산과 반응하여 염과 물을 만드는 산화물을

                                                    염기성 산화물이라 한다.

        ex : CaO + H2O → Ca(OH)2 ⇔ Ca2+ + 2OH-

    <참고> 산성산화물은 비금속의 산화물, 염기성 산화물은 금속의 산화물이다.

           CO2, SO3, N2O5는 물에 녹아 H2CO3, H2SO3, HNO3가 되어 산이 된다.

          또한, Na2O, CaO는 물에 녹아 NaOH, Ca(OH)2가 된다,

   ③ 양쪽성 산화물 : 산에도 녹고 염기에도 녹아서 수소가 발생하는 원소(Al, Zn, Sn, Pb 등)를 양쪽성 원소라 하며,

                                  이들의 산화물 (Al2O3, ZnO, SnO 등)을 양쪽성 산화물이라 한다.

                                  이들은 산 · 염기와 작용하여 물과 염을 만든다.

  <참고> 양쪽성 산화물 ⇒ 산 · 염기와 반응

              양쪽성 원소 Al, Zn, Sn, Pb의 산화물은 산과 염기와 반응하여 염이 된다.

             ※ 알(Al), 아(Zn), 주(Sn), 납(Pb) ? 양쪽성 물질

​

2. 산과 염기의 당량

 가. 산의 당량

   ▣ 염산(HCl) 1몰이 만드는 수소 이온 (H+)은 1g 이온 (아보가드로수 6.02 × 1023개의 이온)이며

        황산(H2SO4) 1몰이 만드는 수소 이온 (H+)은 2g 이온이 된다.​​

  나. 염기의 당량

      ▣ 수산화나트륨(NaOH) 1몰이 만드는 수산 이온 (OH-)은 1g 이온이다.

           수산화 칼슘(Ca(OH)2) 1몰이 만드는 수산이온 (OH-)은 2g 이온이다.​

 <참고> 원자가와 당량

   ▣ 대부분의 물질을 구성하고 있는 기본이 되는 화학적 본질을 원소라 한다. 각 원소의 원자량은 원자량이 12인 탄소-12

        를 기준으로 하여 비례적으로 결정한다. 한 원소의 원자가는 원자가를 1로 하는 수소원자의 결합력을 기준으로 비례

        적으로 결정한다. 즉, 원자가가 +3인 어느 원소는 화합물에서 3개의 수소원자를 대신할 수 있으며, -3가인 원소는 3개

        의 수소원자와 반응할 수 있다.

  ▣ 원소의 당량은 그 원소의 원자량을 원자가로 나눈 값으로 정의된다.

​

    1. 원자 및 이온의 당량 = 원자량 / 원자가

         ex) Ca2+ 당량 = 40 / 2 = 20

                Mg2+ 당량 = 24 / 2 = 12

     2. 분자(화합물)의 당량 = 분자량/양 이온의 가수

         ex) CaCO3 당량 = 100 / 2 = 50

               CaSO4 당량 = 136 / 2 = 68

    3. 산의당량 = 분자량 / H+의 수, 염기의 당량 = 분자량 / OH-의 수

         ex) HCl 당량 = 36.5 / 1 = 36.5

               H2SO4 당량 = 98 / 2 = 49

               NaOH 당량 = 40 / 1 = 40

               Ca(OH)2 당량 = 74 / 2 = 37

   4. 산화제 및 환원제의 당량 = 분자량 / 주고 받은 전자수

        ex) KMnO4 당량 = 158 / 5 = 31.6

             K2Cr2O7당량 = 294 / 6 = 49

    ◈ 과망간산의 경우  :  MnO4- + 8 H+ + 5e- ⇒ Mn2+ + 4 H2O

    ◈ 중크롬산칼륨의 경우  :   Cr2O72- + 14 H+ + 6e- ⇒ 2Cr3+ + 7 H2O

  산 : 물에 용해되어 H+이온을 제공해주는 물질 (HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4)

     ◈ 강산 : 수용액에서 완전히 해리되는 강전해질인 산 (HClO4, H2SO4, HBr, HCl, HNO3)

     ◈ 약산 : 부분적으로만 해리되는 약전해질인 산 (CH3COOH), HF, H3PO4 HNO2)

  염기 : 물에 용해되어 OH-이온을 제공해주는 물질 (NaOH, Ba(OH)2, KOH)

     ◈ 강염기 : 수용액에서 해리되어 OH이온을 내어놓는 정도가 강한 염기 (NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2)

     ◈ 약염기 : 암모니아는 그 일부가 물과 반응하여 NH4+와 이온을 내놓기 때문에 약염기이다.

     ◈ 전해질 : 물에 녹아 이온성 용액을 만드는 물질

<산화와 환원>

  산화 : 산소-산소와 화합하는 현상

            수소 - 수소화합물에서 수소를 잃는 현상

            전자 - 전자를 잃는 현상

            원자가 - 원자가(산화수)가 증가되는 현상

            산화제 : 하나 또는 그 이상의 전자를 얻으며 자신은 환원되고 원자의 산화수가 감소한다.

  환원 : 산소- 산화물에서 산소를 잃는 현상

             수소-수소와 화합하는 현상

             전자-전자를 받아들이는 현상

             원자가-원자가(산화수)가 감소되는 현상

             환원제 : 하나 또는 그 이상의 전자를 잃으며 자신은 산화되고 원자의 산화수는 증가한다.

​

3. 산과 염기의 세기

가. 전해질과 비전해질

  ① 전해질 : 수용액 상태에서 전기가 통하는 물질이고 수용액에서 이온화하는 물질이다.

                     ex : NaCl → Na+ + Cl-

  ② 비전해질 : 물에 녹았을 때 이온으로 나누어지지 않는 물질로서, 주로 공유결합 화합물이다.

​

나. 이온화도

  ▣ 전해질 수용액에서 용해된 전해질의 몰수에 대한 이온화된 전해질의 몰수의 비 (이온화 : 양이온과 음이온으로 분리)​

    ※ 같은 물질인 경우 이온화도는 온도가 높을 수록, 전해질의 농도가 묽을 수록 커진다.

​

4. 물의 이온적과 수소 이온 농도

가. 물의 이온적

  ▣ 물은 상온에서 이온화되어 다음과 같이 평형 상태를 유지한다.

나. 수소 이온 농도

  ▣ 수용액에서의 수소이온농도는 매우 작기 때문에 pH로 산성도를 나타내는 것이 편리하다.

        pH는 수소이온에 물 농도의 음의 대수값으로 정의된다.

  ※ 수소 이온 지수

    ◈ 수소이온농도의 역수를 상용대수로 나타낸 값을 pH라 하며 이것을 수소이온지수라고 한다.

         수소이온지수를 사용하면 용액의 산성, 염기성을 더욱 간단한 값으로 나타낼 수 있다.

5. 산 · 염기의 중화 반응

가. 중화반응과 염

  ▣ 염산 수용액에 수산화나트륨 수용액을 더해 가면 염산의 산성은 차츰 약해져서 나중에는 산성도 알칼리성도 아닌 중성

      이 되어 버린다. 이와 같은 반응을 중화반응이라 하며 중화로 생성된 물질 (이 반응에서는 NaCl)을 염이라 한다.

나. 중화적정과 염

  ① 중화반응 : 산과 염기가 반응하여 물과 염이 생성되는 반응

    ㉠ 중화반응의 알짜 이온 방정식 : H+ (aq) + OH- (aq) ⇒ H2O (l)

    ㉡ 중화반응에서의 양적 관계 : 산과 염기가 완전히 중화되면 산이 내놓는 H+ 의 몰수와 염기가 내놓는 OH- 의 몰수가

                                                      같다.

            * nMV   =   n' M'V'

            여기서, n, n' : 가수, M, M' : 몰 농도, V, V' : 부피

    ※ 여러 가지 지시약의 변색 범위 : 지시약의 변색 범위란 지시약의 색깔이 점차 변하는 pH 영역이다.

        몇 가지 중요한 지시약들의 색깔과 변색 범위는 다음 표와 같다.

   ◈ pH 측정 : 정확한 pH를 측정할 때는 pH미터를 사용한다.

   ◈ 페놀프탈레인

       ⊙ 산성, 중성 ⇒ 무색

       ⊙ 염기성 ⇒ 붉은 색

       ⊙ 변색 범위 : 8.3 ~ 10.0

       ⊙ 강한 염기로 중화 적정할 때 쓰인다.

  ② 염의 의의 및 종류 : 염이란 산의 음이온과 염기의 양이온이 만나서 이루어진 이온성 물질이다.

    ㉠ 산성염

       ⊙ 산의 H+ (수소 원자) 일부가 금속으로 치환된 염을 산성염이라 한다.

           ex : H2SO4 + NaOH ⇒ NaHSO4 + H2O (황산수소나트륨 + 물)

                  H2CO3 + KOH ⇒ KHCO3 + H2O (탄산수소칼륨 + 물)

   ㉡ 염기성염

      ⊙ 염기 중의 OH- 일부가 산기(할로겐)로 치환된 염을 염기성염이라 한다.

           ex : Mg(OH)2 + HCl ⇒ Mg(OH)Cl + H2O (하이드록실 염화 마그네슘)

      <참고> 산성염 ⇒ H+을 포함하는 염,

       염기성염 ⇒ OH- 을 포함하는 염

       H2SO4 의 H 1개가 Na로 치환되어 NaHSO4 로 된 염을 산성염이라 한다.

   ㉢ 정염

      ⊙ 산 중의 수소 원자 (H) 전부가 금속으로 치환된 염을 정염이라 한다.

          ex : NaOH + HCl ⇒ NaCl + H2O

                 2NaOH + H2SO4 ⇒ Na2SO4 + 2H2O (황산나트륨 + 물)

   ㉣ 복염

      ⊙ 두가지 염이 결합하여 만들어진 새로운 염으로서 이들 염이 물에 녹아서 성분염이 내는 이온과 동일한 이온을 낼 때

           이 염을 복염이라 한다.

       ex : K2SO4 + Al2(SO4)3 + 24 H2O ⇒ 2 KAl(SO4)2 · 12 H2O (칼륨알루미늄배반 + 물)

             이 때 성분염이 물에 녹아서 내는 이온 K2SO4 ⇒ 2K+ + SO42-

                                                                          Al2(SO4)3 ⇒ 2Al3+ + 3SO42-​

             생성염이 물에 녹아서 내는 이온 2KAl(SO4)2 ⇒ 2K+ + 2Al3+ + 4SO42+

             성분염과 생성염은 물에 녹아서 동일한 이온을 내므로 KAl(SO4)2는 복염이다.

   ㉤ 착염

      ⊙ 성분염과 다른 이온을 낼 때 이 염을 착염이라 한다.

           ex : FeSO4 + 2KCN ⇒ Fe(CN)2 + K2SO4

                  Fe(CN)2 + 4KCN ⇒ K4Fe(CN)6 (시안화철(Ⅱ)산 칼륨)

                 이 때 성분염이 물에 녹아서 내는 이온 Fe(CN)2 ⇒ Fe2+ + 2CN-

                                                                             4KCN ⇒ 4K+ + 4CN-

                 생성염이 물에 녹아서 내는 이온 K4Fe(CN)6                ⇒     4K+   +          Fe(CN)64-

                                                                    시안화철(Ⅱ)산 칼륨                               시안화철(Ⅱ)산 이온

                 즉, 성분염과 생성염은 물에 녹아서 동일한 이온을 내지 않으므로 K4Fe(CN)6 은 착염이다.

​

다. 염의 가수분해

   ▣ 염으로 부터 해리되어 나온 이온이 물과 반응하여 H3O+ 이나 OH-을 내는 반응이다.

​

라. 완충 용액

   ▣ 적정곡선에서 알 수 있는 것 처럼 중성에 가까운 수용액에서는 염산이나 수산화나트륨을 소량 가하면 pH가 크게

       변한다. 그러나 약산에 그 약산의 염을 혼합한 수용액에 소량의 산이나 염기를 가해도 pH는 그다지 변화하기 않는다.         이런 용액을 완충용액이라 한다.

​

<참고> 완충용액 ⇒ 산이나 염기를 가해도 pH가 거의 일정

   ◈ 약산에 염을 혼합한 용액은 산이나 염기를 가해도 별로 pH가 변화하지 않는다. 이것은 전리 평형과 공통 이온에 의해

        평형 이동을 응용한 것이다.

​

#산 #염기 #중성 #산화제 #환원제 #중화반응 #원자가 #산성염 #복염 #정염 #착염 #전해질 #이온화도