소화 약제에 관해서 알아보기

오늘은 소화약제 화학에 대하여 배워보는 시간을 가져보겠습니다

매일 매일 접하는 사건 사고 중에서 하루도 빠짐없이 발생하는 화재 특히 화학적 작용에 의한 화재가 너무 많이 발생하고 있고 그에 따른 경제적 손실 그리고 인명의 소중함을 다시 한 번 더 느낍니다 .

 

소화약제화학

1. 소화약제화학 기초 이론

1.1  물질의 상태

(1)물질

우리 주위의 물체는 물질로 이루어져 있다 . 크기나 겉모습에 중점을 둘 때는 물체로 , 그 물체를 이루는 재료에 중점을 둘 때는 물질로 말하여 진다 . 예를 들어 , 플라스틱으로 만들어진 자 (ruler)는 물체라고 하며 그 재료가 되는 플라스틱은 물질이 된다 . 물질이란 사전적 의미로 일정한 공간을 점유하고 질량을 갖는 것을 의미하지만 화학에서는 화합물을 포함한 순물질과 혼합물을 합한 것을 말한다 . 물질의 성분인 원소의 본성이 질량임을 실험적인 결과를 통해 입증하여 화학의 기본적인 법칙을 세운 사람은 화학자 라부아지에로 질량을 측정하여 화학 변화가 일어나도 물질이 없어지지 않고 보존된다는  '질량 보존의 법칙 '을 세웠으며 원소관을 확립하였다 .

물질을 구성하는 입자

(2)물체

물질로 이루어져 있으며 , 구체적인 형태를 가지고 있는 것 .

 

우리 눈에 보이고 만질 수 있는 것들은 모두 물체이다 . 모든 물체는 하나 또는 그 이상의 물질로 이루어져 있다 . 예를 들어 책상이라는 물체는 나무 , 금속 , 플라스틱 등의 물질로 이루어져 있다 .

 

1.2  물질의 형태

물질은 크게 순물질과 혼합물로 나눌 수 있다 . '순물질 '은 한 가지 물질로 이루어진 것으로 , 얻은 장소에 관계없이 그 성질은 항상 같다 . 다시 말해 한강을 흐르는 물이나 아프리카 또는 유럽의 강을 흐르는 물이나 순수한 물은 모두 물 분자로만 되어 있기 때문에 그 성질이 같다는 의미이다 . 또한 고대 그리스의 데모크리토스가 호흡하던 산소와 지금 우리가 호흡하는 산소도 같다 .

 

소금 ·순금반지 ·연필심 ·물 등은 모두 순물질이다 . 이 중 순금은 금 , 연필심은 탄소라는 한 종류의 원자로만 이루어져 있다 . 이와 같이 한 종류의 원자로만 이루어진 순물질을  '홑원소 물질 '이라고 한다 . 반면 소금은 나트륨과 염소 , 물은 수소와 산소가 각각 화학적으로 결합하여 만들어진 물질이다 . 이처럼 두 종류 이상의 원소가 화학적으로 결합하여 이루어진 물질을  '화합물 '이라고 한다 .

 

화합물의 성질은 구성 성분 원소의 성질과 전혀 다르다 . 예를 들어 수소는 이 세상에서 가장 가벼우면서 폭발성이 강한 기체이고 , 산소는 물질을 태우거나 생명체가 호흡하는 데 꼭 필요한 기체이다 . 그러나 수소와 산소가 결합하면 우리가 마시는 무색 투명한 물이 된다 . 즉 , 2 가지 이상의 원소가 화학적으로 결합하여 성분 원소의 성질과는 전혀 다른 새로운 순수한 물질이 된 것이다 .

 

우리가 자연계에서 얻는 물질은 순물질보다 혼합물인 경우가 더 많다 . '혼합물 '은  2 가지 이상의 순물질이 서로 화학 결합을 하지 않고 섞여 있는 것을 말한다 . 혼합물을 만드는 각각의 물질을 성분이라고 하는데 , 이 성분은 단순히 섞여만 있을 뿐 각각의 고유한 성질을 그대로 가진다 . 예를 들어 공기는 질소 ·산소 ·이산화탄소 등의 기체 물질들이 섞인 혼합물이고 , 우유는 물에 단백질 ·지방 ·당분 등의 영양 물질이 각각의 성질을 그대로 가진 채 섞여 있는 혼합물이다 .

 

*균일 혼합물  2 가지 이상의 순수한 물질이 전체적으로 고르게 섞인 혼합물 . 물질 내의 어느 부분이나 성분 조성의 비율이 같기 때문에 겉으로는 한 가지 물질로만 이루어진 것처럼 보인다 . 설탕물이나 소금물 등의 액체용액 , 놋쇠나 스테인리스 등의 합금이 여기에 속한다 .

 

*불균일 혼합물 구성 성분의 입자들이 전체적으로 고르지 않게 섞인 혼합물 . 우유 ·암석 ·콘크리트 등이 그 예이다 . 액체 상태의 불균일 혼합물은 오랜 시간 그대로 두면 섞여 있지 않고 밀도차에 의해 분리된다 .

 

*원소의 화합물 원소는 순수한 물질이면서 가장 단순한 물질이기 때문에 가열이나 다른 화학적인 방법으로 더 이상 분해될 수 없다 . 반면 화합물은 화학적인 방법에 의해 다시 그것을 구성하는 성분 원소를 분해될 수 있다 .

1. 물질의 상태

 

우리 주변에 있는 대부분의 물질은 고체 , 액체 , 기체의 세 가지 상태로 존재한다 . 물질은 상태에 따라 모양과 부피가 다르므로 모양과 부피의 변화는 물질의 상태를 구분하는 중요한 기준이 된다 .

 

(1) 물질의  3 상태

 

1) 고체

 

① 모양 : 일정하다 .

② 부피 : 일정하다 .

③ 모양과 부피 변화 : 담는 그릇이 바뀌어도 모양과 부피는 변하지 않는다 .

④ 성질 : 단단하다 .

⑤ 예 : 철 , 소금 , 얼음 , 금 , 나무 , 돌 , 설탕 등

 

2) 액체

 

① 모양 : 일정하지 않다 .

② 부피 : 일정하다 .

③ 모양과 부피 변화 : 담는 그릇에 따라 모양은 변하지만 부피는 변하지 않는다 .

④ 성질 : 흐르는 성질이 있다 .

⑤ 예 : 물 , 식초 , 메탄올 , 에탄올 , 식용유 , 아세톤 , 수은 (상온 (15~25  ℃)에서 유일하게 액체 상태인 금속 ) 등

 

3) 기체

 

① 모양 : 일정하지 않다 .

② 부피 : 일정하지 않다 .

③ 모양과 부피 변화 : 담는 그릇에 따라 모양과 부피가 모두 변한다 .

④ 성질 : 흐르는 성질이 있으며 , 퍼져나가 공간을 채운다 .

⑤ 예 : 공기 , 수소 , 산소 , 수증기 , 질소 , 헬륨 , 이산화 탄소 등

 

2. 물질의 상태와 분자 배열

 

물질의 세 가지 상태인 고체 , 액체 , 기체의 특징은 각 상태에 따른 분자 배열이 다르기 때문에 나타난다 .

1) 고체

① 분자 배열 : 규칙적이다 .

② 분자 사이의 거리 : 매우 가깝다 .

③ 압축할 때 : 압축되지 않는다 . (물질을 이루는 분자 사이의 거리가 가깝기 때문 )

④ 분자 사이의 인력 : 매우 강하다 .

⑤ 분자 운동 : 제자리에서 진동 운동한다 .

 

2) 액체

① 분자 배열 : 고체보다 불규칙적이다 .

② 분자 사이의 거리 : 비교적 가깝다 .

③ 압축할 때 : 거의 압축되지 않는다 .

④ 분자 사이의 인력 : 고체보다 약하다 .

⑤ 분자 운동 : 비교적 활발하게 운동한다 .

 

3) 기체

① 분자 배열 : 매우 불규칙적이다 .

② 분자 사이의 거리 : 매우 멀다 .

③ 압축할 때 : 압축된다 . (물질을 이루는 분자 사이의 거리가 멀어 분자 사이에 빈 공간이 있기 때문 )

④ 분자 사이의 인력 : 거의 작용하지 않는다 .

⑤ 분자 운동 : 매우 활발하게 운동한다 .

예를 들어 , 10 ㎖의 병에 가득 담겨 있는 기체를  100 ㎖의 병에 옮겨 담더라도 개개의 기체 분자들이 매우 활발하게 운동하기 때문에 이내  100 ㎖ 병 전체를 가득 채운다 . 이 때 기체를 이루는 분자 개수는 그대로이지만 , 분자들 사이의 거리가 그만큼 멀어지기 때문에 병 전체의 부피를 차지하게 되는 것이다 . 이와 같이 물질을 가열하거나 냉각시키면 물질의 상태가 변한다 .

 

고체 물질을 가열하면 액체 상태가 되고 계속 더 가열하면 기체 상태가 되는 것에서 알 수 있듯이 , 물질은 상태에 따라 열에너지의 양이 다르다 . 즉 , 기체는 액체보다 , 액체는 고체보다 많은 열에너지를 가지고 있다 . 따라서 물질을 구성하는 입자들은 주위에서 열을 흡수하거나 주위에 열을 방출하면서 상태가 변할 수 있다 . 그러나 물질의 상태가 변해도 각 상태의 물질을 구성하는 입자들 사이의 거리나 인력 등만 변하는 것일 뿐 입자 자체가 변하는 것은 아니기 때문에 그 성질은 변하지 않는다 . 그렇기 때문에 가열이나 냉각에 의해 물질을 다시 원래의 상태로 되돌릴 수 있다 .

 

*비결정성 고체 (amorphous) 입자 배열이 규칙적인 고체를 결정성 (crystalline)고체라고 한다 . 하지만 몇몇 고체들은 겉모양이 단단하나 내부를 들여다보면 입자가 규칙적으로 배열되지 않은 것도 있다 . 이러한 고체들은 천천히 액체처럼 겉모양이 변할 수 있는데 , 이들을 비결정성 고체라고 한다 . 양초 ·유리 ·엿 등이 비결정성 고체에 속한다 .

3.물질의 상태 변화

대부분의 물질은 고체 상태일 때 입자 사이의 간격이 좁고 규칙적으로 배열되어 있다 . 입자들 사이에는 강한 인력이 작용하므로 개개의 입자들은 자유롭게 움직일 수 없고 , 단지 제자리에서 진동만 할 뿐이다 . 따라서 고체 상태의 물질은 일정한 겉모양을 가지고 있으며 , 겉모양과 크기가 쉽게 변하지 않는다 . 그러나 고체 물질을 가열하면 각각의 입자들은 운동이 활발해져 주변 입자들 사이의 인력을 끊고 액체 상태가 된다 .

 

액체 상태의 입자들은 고체 상태일 때보다는 입자들 사이의 거리가 멀고 , 불규칙적으로 배열되어 있어 서로 자리를 바꾸는 정도로 움직일 수 있다 . 또한 흐르는 성질이 있어 담긴 그릇의 모양에 따라 모습이 쉽게 변하지만 부피는 일정하다 . 액체 상태의 물질에 계속 열을 가하면 입자들은 기체 상태로 변한다 . 기체 상태의 입자들은 고체나 액체에 비해 서로 멀리 떨어져 있고 활발하게 운동하기 때문에 부피가 크게 늘어난다 . 따라서 어떤 그릇에 담아도 그릇 전체의 부피를 차지하려고 할 뿐 아니라 쉽게 변한다 .

 

 

4.물질의 성질 및 변화

(1)물질의 성질

①물리적 성질  : 물질 자체가 갖고 있는 특유한 상태 . 따라서 그 물질을 동일한 외적 조건에 두면 항상 동일한 성질을 나타내며 , 시료의 크기나 분할 방법에는 별로 영향을 받지 않는다 . 물리적 성질로서의 밀도 , 녹는점 , 끓는점 , 전도율 , 열전도율 , 점성도 , 결정의 쪼개짐면 등은 상세하게 조사되어 높은 정밀도로 측정할 수 있다 . 또 물질의 색과 빛의 흡수 스펙트럼 , 자기적 성질도 중요한 물리적 성질이다 . 그러나 물질의 경도 , 전성 , 연성 등은 앞에 기술한 것과 비교하여 내용이 약간 복잡하고 측정 방법도 일의적으로 정하기 어려운 성질이다 . 이들 물리적 성질은 물론 순물질에 대해서 처음으로 엄밀한 측정값을 얻을 수 있다 . 물질의 냄새와 맛도 아주 중요한 성질이지만 , 이것은 화학 반응과 관련되어 있으므로 오히려 화학적 성질이라 부르는 편이 좋다 .

 

예 ) 융점 , 색 , 비점 , 밀도 , 경도 , 결정형 , 전기전도성 등

 

②화학적 성질 :물질에 고유한 성질 중 화학반응에서 본 성질로 , 산성 ·알칼리성 ·가연성 ·폭발성 ·산화성 ·환원성 등이 있는데 , 분자인 경우 구성하고 있는 원자 또는 원자단 의 성질이나 배치 ·결합상태를 반영하고 , 원자인 경우는 주로 전자껍질의 모양에 의한다 .

산성 ·알칼리성 ·가연성 ·폭발성 ·산화성 ·환원성 등이 있다 . 이것에 대하여 물리적 성질은 끓는점이나 비열 등과 같이 열적인 성질이나 , 굳기 등 역학적 또는 기계적인 성질과 같이 물리적인 측정에 의하여 관측되는 성질을 말한다 . 이 밖에 용해도와 같이 물리적 성질인지 화학적 성질인지 확실하게 구별할 수 없는 성질도 있다 . 화학적 성질은 분자인 경우 구성하고 있는 원자 또는 원자단 의 성질이나 배치 ·결합상태를 반영한다 . 원자인 경우는 주로 전자껍질의 모양과 양성자 수에 의한다 . 분자가 다수 집합해 있는 물질에서는 그 분자의 배열 등 구조상의 인자도 화학적 성질에 반영된다 . 화학적 성질이 이용되는 전형적인 것이 화학분석 이다 . 비중선광법 이나 원심분리법 등은 물리적 성질을 이용한 분리법이고 , 용액 중에 적당한 시약을 가하여 목적성분만을 침전으로 꺼내는 것은 화학적 성질을 이용한 분리법이다 . 화학적 성질이 물질의 화학조성에 의하는 것은 당연하지만 , 물리적 성질이 화학조성에 관계하는 것도 있다 .

 

예 ) 화합 , 분해 , 치환 , 복분해

 

(2)물질의 변화

①물리적 변화 : 화학 변화에 대응한 개념 . 물질 변화 중에서 분자종이 변화하는 것은 화학적 변화이며 , 분자종이 변화하지 않는 것은 물리적 변화이다 . 그러나 분자가 변화했다고 보아야 할지 , 변화하지 않았다고 보아야 할지 명확하지 않을 경우는 화학적 변화와 물리적 변화의 구별도 애매해진다 . 벤젠의 용융은 물리적 변화이지만 , 황의 용융은 동소체간의 변화이기 때문에 화학적 변화이다 . 용해는 두 종류 물질의 상호 작용의 결과 일어나는 것이므로 , 넓은 의미의 화학적 변화라고도 할 수 있지만 , 설탕물로의 용해는 보통 물리적 변화이다 . 이산화탄소의 물에 대한 용해는 명백히 화학적 변화를 수반한다 .

㉠설탕이 물에 녹아 설탕물이 되는 현상

㉡철이 녹아 쇳물이 되는 현상

㉢소금이 물에 녹아 소금물이 되는 현상

㉣얼음이 녹아 물이 되는 현상

 

②화학적 변화 :물질을 구성하는 원자들의 결합이 에너지를 받아 분해되거나 재결합하여 처음의 물질과 다른 물질을 생성하는 변화이다 . 그 결과 물질의 화학적 성질이 달라진다 .

물질을 이루는 원자나 이온 사이에 화학결합이 끊어지거나 재배열이 일어나 처음의 상태와 전혀 다른 화학적 성질을 갖는 물질로 변화하는 것을 화학변화라고 한다 . 이것은 원자나 분자 조성의 변화 없이 고유의 성질을 유지하면서 그 상태만 변화하는 물리변화와 대응된다 .

㉠화합 : 두 가지 이상의 물질이 결합하여 하나의 새로운 물질이 되는 현상

㉡분해 : 하나의 물질이 둘 이상의 물질로 되는 현상

㉢치환 : 화합물 하나의 원소가 다른 원소와 교체되는 현상

㉣복분해 : 두 가지 이상의 성분이 서로 교체되는 현상

원자의 구조

원자의 구조원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있다

➀원자 : 물질을 구성하는 기본 입자를 원자라고 한다 .

원자의 중심에  (+)전하를 띠는 원자핵이 있고 , 그 주위를  (-)전하를 띠는 전자가 움직이고 있다 .

㉠ 원자핵

• (+)전하를 띤다 .

• 원자의 중심에 위치한다 .

• 양성자와 중성자로 이루어진다 .

- 양성자 : (+)전하를 띤다 .

- 중성자 : 전하를 띠지 않는다 .

• 원자 질량의 대부분을 차지한다 .

 

㉡ 전자

• (-)전하를 띤다 .

• 원자핵 주위를 움직이고 있다 .

 

②원자량 : 화학원소 원자의 평균질량을 일정 기준에 따라 정한 비율이다 .

원자의 질량은 그 값이 매우 작으므로 한 원소의 원자를 특정한 수로 기준을 삼아 , 나머지는 이 기준에 대한 상대적인 값으로 표시한다 . 현재 사용하는 국제원자량은 탄소의 동위원소 중 탄소 12(12C)를 기준으로 하여 이것을 원자량  12.00000 으로 정한다 . 탄소 원자가  1 몰 (mol), 즉  6.02×1023 개 모이면 그 질량은  12.01115g 이고 , 수소 원자 ·산소 원자가  6.02×1023 개 모이면 각각  1.00797g, 15.9994g 인 질량을 가진다 .

 

③양성자 (양자 ): 중성자와 함께 원자핵을 구성하는 입자이며 , 양의 전하를 가지고 있다 .

양성자의 전하량은 전자의 전하량과 비교했을 때 그 크기는 같으나 부호는 반대이고 , 전자 질량의 약  1836 배에 해당하는 질량을 지닌 입자이며 양성자의 질량은1.67*10-24승(g) 이다

④중성자 : 원자를 구성하고 있는 입자의 한 종류로 전하를 띠지 않는다 .

중성자는 그 질량이 1.67*10-27승(g)으로 양성자보다 약간 무겁다 .

⑤원자번호화 질량수

㉠원자번호 : 원자핵 속의 양성자 수 또는 원자핵 주위의 전자 수

㉡질량수 : 원자핵을 이루는 핵자의 총수

 

⑥동위원소와 동중원소 그리고 동소체

㉠동위원소 : 원자번호는 같지만 질랴수가 일치하지 않는 원소

특징  : 화학적 성질은 같으나 물리적인 성질이 다르다 . 즉 , 원자번호는 같지만 중성자 수가 증가하므로질량의 차이가 생긴다 .

예 ) 수소의 동위원소  : 경수소 (1g), 중수소 (2g), 삼중수소 (3g)

 

㉡동중원소  : 원자번호는 다르지만 질량수 (즉 , 원자량 )이 같은 원소

특징  : 원자번호가 다르기 때문에 (물지자체가 다름 !) 화학적 , 물리적 성질이 다르다 .

예 ) 산의 질량이  14g, 질소의 질량이  14g 일 경우

 

㉢동소체  : 같은 원소이지만 원자배열이 다른 원소

특징  : 연소생성물이 일정하므로 연소 생성물로 동소체를 확인할 수 있다 .

(2)전자껍질 및 전자배열

⓵전자껍질

: 전자들이 취하는 에너지상태를 간단히 구별하기 위해서 원자핵을 중심으로 한 전자들이 이루는 여러 층의 껍질을 말하며 전자각이라고도 한다 . 원자 내의 전자는 에너지가 낮은 껍질부터 차례로 들어가 주기율이 성립된다 .

전자 각 (電 子 殼 )이라고도 한다 . 원자  안에 있는  전자 가 취하는 에너지상태를 간단히 구별하기 위해서 , 이들 껍질에  전자 가 들어 있는 것으로 생각하고 , 이 껍질들을  전자 껍질이라 한다 . 전자 껍질은 핵에 가까운 안쪽부터  K 껍질 ·L 껍질 ·M 껍질 …이라 한다 . 일반적으로 안쪽 껍질에 있는  전자 일수록 에너지가 낮아 안정하며 , 바깥쪽 껍질에 있는  전자 는 에너지를 광파 (光 波 ) 등으로 방출하고 안쪽 껍질로 이동하기 쉽다 .

그러나  전자 는  스핀  1/2 인  페르미온 이므로 , 파울리 의 배타원리에 따라 동일한 상태에  2 개 이상의  전자 가 들어갈 수 없다 . 따라서 각 껍질에는 정원 (定 員 )이 있어 , K 껍질에는  2 개 , L 껍질에는  8 개 , M 껍질에는  18 개의  전자 밖에 수용할 수 없으므로 , 바깥쪽 껍질의  전자 는 안쪽 껍질에 정원이 모자라는 경우가 아니면 이동할 수 없다 . 원자  내의  전자 수는 그  원자 번호와 일치하며 , 원자 번호의 증가에 따라 늘어나는  원자  내의  전자 는 에너지가 낮은 껍질부터 차례로 들어가서  주기율 (週 期 律 )이 성립된다 .

⓶에너지 준위 :

 원자핵의 주위를 회전하고 있는 전자가 가질 수 있는 에너지 수준을 이르며 , 이 수준이 외적 조건에 따라 변동하기 때문에 전자의 흐름 (전류 )이 생긴다 .

원자가 다만  1 개만 존재하고 있을 때는 그 주위를 회전하고 있는 복수의 전자는 각각 어느 범위 내의 에너지 수준 (에너지 준위 )을 충족하면서 정연하게 돌고 있다 . 예를 들면 나트륨의  경우는 주위에  11 개의 전자가 돌고 있는데 이들 전자는 그림과 같이  3 종류의 에너지 준위를 충족하면서 회전하고 있고 , 원자핵에서 먼 전자일수록 에너지를 많이 가지고 있으며 높은 에너지 준위에 있다 . 그림에서 가장 높은 에너지 준위를 자유전자의 에너지 기준으로 하여 제로로 하고 있다 .바깥쪽의 전자일수록 큰 에너지를 가지고 있지만 외부에서 빛ㆍ열 등의 에너지를 받으면 전자의 에너지는 커지기 때문에 바깥쪽 궤도는 벗어서 전자의 에너지 준위는 높아진다 . 이 경우는 원자는 여기 되었다고 하고 외부로부터의 에너지가 대단히 커서 전자가 떨어지는 상태를 전리 (또는 이온화 )되었다고 한다 .

반대로 여기 또는 전리상태에서 전자의 에너지 준위가 떨어지고 한 안쪽 궤도로 옮기는 경우에는 그 에너지 준위의 차만큼의 에너지를 방출한다 . 이 에너지의 방출이 방사선으로서 열 , 빛  X 선 , γ선 등이 포함된다 . 예를 들면 , 외부 궤도에서  M 궤도로 준위가 떨어질 때는 일반적으로 빛이 방출된다 .

 

➂다전자 원자의 에너지 준위
전자가  2 개 이상인 다전자 원자들의 경우에는 주양자수 뿐만 아니라 오비탈의 종류에 따라서도 에너지 준위가 달라진다 . 즉 , 주양자수 (n)과 부양자수 (l)에 의해 에너지가 결정이 된다 .

에너지 준위의 순서

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s 분 자

(1)분자 : 원자의 결합체 중 독립 입자로서 작용하는 단위체 . 독립된 입자로 행동한다고 볼 수 있는 원자의 결합체이다 . 고체 , 액체 , 기체 상태로 존재할 수 있으며 분자간의 거리가 변화하면서 상태가 변한다 . 분자는 쪼개져 다시 원자로 될 수 있으며 원자 조성의 변화에 따라 수많은 물질을 만들어 낼 수 있는 분자의 수도 증가하고 있다 .

(2)분자의 구분

분자를 이루는 구성원자의 수에 따라 단원자 분자  (He, Ne, Ar), 2 원자분자  (H 2 , O 2 , HCl),3 원자분자  (H 2 O, CO 2 ),다원자분자  (H 2  SO 4 , H 2  CO 3 ),고분자 (녹말 ,단백질 ,DNA)로 분류한다 . 불활성기체인 단원자분자의 경우 분자를 구성하지 않고 원자 그대로 존재하여 원칙적으로 분자로 보기 어렵지만 안정된 기체로 다른 화합물과 잘 반응하지 않고 기체 특유의 성질을 가지므로 일반적으로 분자로 분류하여 사용한다 .

(3)분자량

분자의 질량을 나타내는 양으로 분자를 구성하는 모든 원자들의 원자량 값을 더해서 계산한다 .

원자와 분자의 질량은 매우 작기 때문에 이를 일반적인 질량 단위인  g 을 써서 나타내면 불편하다 . 때문에 원자와 분자의 질량은  12 C 원자의 원자량  12 를 기준으로 정하는 단위를 바탕으로 나타낸다 . 이 단위로 나타내는 원자의 질량을 원자량이라 하고 , 분자의 질량은 분자량이라 한다 .

분자량은 분자를 구성하는 모든 원자들의 원자량을 합하여 구한다 . 따라서 어떤 분자의 분자식을 알고 구성 원자의 원자량을 알면 그 분자의 분자량을 구할 수 있다 .
이 같은 방법으로 산소 분자의 분자량을 구하면 , 산소 분자의 화학식이  O 2 라는 것과  산소 원자의 원자량이  16 라는 것을 알고 있으므로 산소의  분자량은  32 이 됨을 알 수 있다 . 마찬가지로 물 (H 2 O) 분자는 원자량  1 인 수소 두 개와  16 인 산소 하나로 구성되므로  18 의 분자량을 가지게 된다 .

원자량은 상대적 질량을 나타내므로 단위를 가지지 않는다 . 분자량 역시 원자량을 기준으로 구하는 값이므로 단위가 없다 . 약자로는  Mr, 또는  MW 로 나타낸다 .

 

(4)화학식 : 원소  기호를 사용하여  화합물 을 나타낸 것을 화학식이라고 하며 , 화학식에는 분자 식 , 실험식 , 시성식 , 구조식  등이 있다 . 화합물을 분석하면 가장 먼저 얻을 수 있는 정보는 화합물을 구성하는 성분 원소의 종류이다 . 다음으로 얻을 수 있는 정보는 구성 원소의  질량 이며 , 이 질량을 각각의 원소의  원자량 으로 나누면 몰비를 얻을 수 있다 . 구성 원소의 몰비를 화학식으로 나타낸 것이 실험식이다 . 아세트산 을 구성하는 원소는  C, H, O 이며 몰비는  1 : 2 : 1 이다 . 이러한 정보를 화학식으로 표시하면  CH 2 O 이다 .

⓵분자식

:원소  기호를 사용하여 분자를 구성하고 있는 원자의 종류와 수를 나타낸 식을 분자식이라고 한다 . 포도당 분자는  C  원자  6 개 , H  원자  12 개 , O  원자  6 개로 이루어진 분자이므로 분자식을  C 6 H 12 O 6 로 쓴다 .

화학반응식이란 화학반응을 식으로 써서 나타낸 것으로 이를 통해 물질이 반응하는 정보를 쉽게 알아낼 수 있다 . 반응하기 전의 물질 (반응물질 )은 식의 왼편에 , 반응 결과 생성된 물질 (생성물질 )은 식의 오른편에  +부호를 연결해서 나타낸다 . 화학반응식에서 가장 중요한 것은 화살표 (→)로 이를 경계로 왼쪽은 반응물 , 오른쪽은 생성물을 의미하며 , 특히 양방향 화살표 (↔)는  가역반응 을 나타낸 것으로 화학평형을 설명할 때에 이용된다 . 화학반응식의 화살표 좌 , 우를 보면 반응 전후의 질량이나 전하가 보존된다는 것을 알 수 있으며 양쪽의 원자수가 일치하게 나타난다 . 즉 , 화학반응식을 보면 생성되는 물질의 종류 및 양을 예측할 수 있으며 , 질량보존의 법칙 , 기체반응의 법칙 에 의거하여 각 물질의 분자수 , 질량 , 부피 등 양적 관계도 알 수 있다 .

예를 들어 , 다음과 같이 수소와 산소가 반응하여 물이 생기는 화학반응식을 살펴보자 .

    2H 2  + O 2  → 2H 2 O

이 반응식으로 수소  2 분자와 산소  1 분자가 반응하여 물  2 분자가 만들어졌음을 알 수 있고 , 이를 몰 (mole)로 나타내어 수소  2 몰 (4g)과 산소  1 몰 (32g)이 반응하여 물  2 몰 (36g)이 생성된다는 것을 통해  질량보존의 법칙을 설명할 수 있다 . 또한 표준상태 (0 ℃, 1 기압 )에서 수소  44.8 ℓ와 산소  22.4 ℓ가 반응하여 수증기  44.8 ℓ가 생성되는 기체반응의 법칙을 설명할 수 있다 .

한편 , 화학반응식에 상태를 표현하기도 하는데 기체는  g(gas), 액체는  ℓ(liquid), 고체는  s(solid), 수용액은  aq(aqueous solution)로 표현하여 괄호 안에 표시한다 . 예를 들어 , 마그네슘이 염산과 반응하여 염화마그네슘이라는 염과 수소기체가 생기는 화학반응식을 다음과 같이 나타낼 수 있다 .

       Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl 2 (aq) + H 2 (g)

이때 생성되는 염화마그네슘이 물에 잘 용해되는 염이란 것을 예측할 수 있다 . 질산납 수용액과 아이오딘화칼륨 수용액의 반응식을 다음과 같이 쓸 수 있다 .

      Pb(NO 3 )2 (aq) + 2 KI(aq) → PbI 2 (s) + 2 KNO 3 (aq)⓶실험식 :화합물  속의 원자의 조성을 나타내는 가장 간단한  화학식 으로 , 물질 을 이루는 원자나 이온의 종류와 수를 가장 간단한 정수비로 나타낸 것이다 . 화합물 속에 포함된  원소 를 분석하면 구성 원소간의 간단한  질량 비를 얻을 수 있다 . 각각의 질량을 구성 원소의  원자량 으로 나누면 구성 원소의 몰 비가 얻어진다 . 이렇게 얻은 구성 원소의 몰 비를 바탕으로 화합물 속의 구성 원소의 몰 비를 나타낸 화학식이 실험식이다 . 실험식의 예로는  NaCl, H 2 O, CH 2  등을 들 수 있다 .

 

⓷시성식

: 화학식 중의 하나로 , 분자가 가지는 특성을 알 수 있도록 작용기를 써서 나타낸 식이다 .

탄소 화합물의 성질은 몇 개의 원자가 결합한 원자단에 의해 결정되는데 , 이러한 원자단을 작용기라고 한다 . 비슷한 작용기를 가지는 화합물들은 공통적인 화학 성질을 공유하므로 작용기를 따로 쓰는 방법으로 화학식을 나타내면 이 물질의 간략한 성질을 쉽게 알 수 있다 .

메탄올의 분자식은  CH 4 O 로 나타낸다 . 하지만  CH 3  OH 의 형태로 표시하면  -OH  작용기 (하이드록시기 )를 가지며 , C 2 H 6 O 의 분자식을 가지는 에탄올 또한  C 2 H 5  OH 로 표시하면  -OH  작용기를 가짐을 알 수 있다 .

CH 3  OH 나  C 2 H 5  OH 의 형태로  작용기를 써서 나타내는 화학식을 시성식이라 한다 . 분자식으로 표시하면 두 물질의 특성에 관한 정보는 잘 알 수 없지만 , 시성식으로 표시하면  -OH 를  통해서 이 물질들이 극성의 알코올이라는 것을 알 수 있게 된다 .

 

④구조식 :화합물 의  분자  속에서  원자  또는 원자단의 결합 관계를 한 개의 선으로 연결시켜 표시한 것으로 , 이 선을 가표라고한다 . 예를 들어 , 메탄 (CH 4 ), 에틸렌 (C 2 H 4 )의 구조식을 나타내면 그림과 같다 . 1 개의 선은  1 중 결합 , 2 개의 선은  2 중 결합을 나타낸다 .

 

 

 

 

 

⓹화학반응식 :

 화학반응이 일어날 때 반응하는 물질과 생성되는 물질을 화학식으로 나타낸 것을 말하는데 , 화살표 (→)를 경계로 왼쪽은 반응물 , 오른쪽은 생성물을 의미하며 , 특히 양방향 화살표 (↔)는 가역반응을 나타낸 것으로 화학평형을 설명할 때에 이용된다 .여기에서   Pb(NO 3 )2 , KI, KNO 3 은 수용액에서 양이온과 음이온으로 나뉘어 용해된 상태를 , PbI 2 는 앙금으로 존재한다는 것을 나타낸다 .

이 밖에도 화학반응식과 함께 출입하는 열을 나타내는 열화학반응식 (thermochemical equation)이 있다 .

 

 

❸원소의 주기율표

(1)주기율표 : 원소를 양성자의 수에 따라 배열한 표

주기성을 나타내는 원소를 원자번호의 순서대로 배열하면서 물리적  · 화학적 성질이 비슷한 원소들이 같은 족으로 배열되도록 분류한 표를 말한다 . 주기율표는  8 개 원소를 가지는  2 주기  · 3 주기 원소를 기준으로 작성된 단주기형 (멘델레예프형 )과  18 개 원소를 가지는  4 주기  · 5 주기 원소를 기준으로 작성된 장주기형이 있다 .(2) 주기율표의 변천

원소를 분류하는 방법은 비슷한 성질의 원소가 존재하는 알칼리 금속 (리튬 , 소듐 (나트륨 ), 포타슘 (칼륨 ))과 할로젠 원소 (염소 , 브로민 , 아이오딘 )로 구분한 되베라이너의 세 쌍 원소 분류법에서 시작하였다 . 이후 주기율표는 원소들을 원자량의 순으로 배열할 경우  8 번째 원소마다 비슷한 성질의 원소가 나타나는 뉴런즈의 옥타브 법칙을 기반으로 하여 , 원자량의 증가 순서에 따라 배열할 경우 주기를 가지고 나타나는 성질이 있음을 발견하고 , 그에 따라 배열한 표로  1869 년 멘델레예프가 처음 제안하였다 . 1913 년 헨리 모즐리의 개량에 따라 현대의 주기율표와 유사한 모습을 지니게 됐다 . 현재는 국제순수응용화학연맹 (IUPAC : International Union of Pure and Applied Chemistry)에서 고안한 장주기형 주기율표가 사용되는데 이는 총  118 개의 원소를  18 족으로 분류한 것이다 .

 

(3) 주기율표의 구성

현재까지 발견된 원소들은 주기율표상에서  2 · 8 · 8 · 18 · 18 · 32 · 32  간격으로  7 주기로 분류되어 있다 . 동일 주기에 배치된 원소들은 같은 수의 전자껍질을 가지고 , 동일 족에 있는 원소들은 최외각 전자수가 주기적으로 같기 때문에 비슷한 물리적  · 화학적 성질을 나타낸다 . 주기율표상에서 원소번호  95 번부터는 합성에 의해 만들어진 인공원소다 .

주기율표상의 원소들은 크게 전형원소  · 전이원소 또는 금속원소  · 비금속원소로 분류된다 . 전형원소는 전이원소를 제외한 모든 원소를 말하며 , 이들 원소는 안쪽 껍질에 전자가 모든 채워진 원소들이다 . s  또는  p  오비탈 (전자껍질 , 궤도 )에 최외각 전자가 채워지는 전형원소와 달리 , 전이원소는  d  또는  f  오비탈에 최외각 전자가 채워지는 원소들이다 . 전이원소는 모두 금속이어서 전이금속이라고도 한다 . 전이원소 중에서  f  오비탈에 전자가 채워지는 원소를 내부 전이원소라 하는데 , 이들은 별도로 표시하며 , 여기에는 란타넘족  · 악티늄족이 있다 .  
그리고 금속원소는  1~3 개의 원자가전자수를 가지고 있어 전자를 버리고 양이온이 되기 쉬운 원소 , 비금속원소는  4 개 이상의 원자가전자수를 가지고 있어 전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 원소를 말한다 .

 

(4)이온화 에너지 및 이온화 경향

①이온화 에너지

모든 원자들은 음 (-)과 양 (+)이 균형을 이루는 중성상태이다 . 하지만 외부에서 전자를 떼어내기 충분한 에너지가 주어지게 되면 원자들은  이온화된다 . 이것을 이온화에너지 (ionization energy)라고 하는데 , 1 차이온화에너지는 원자들로부터 전자를  1 개 떼어내는데 필요한 에너지이다 .

​

이온화에너지는 금속에서 전자를 떼어내는 일함수 (work function)과 비슷한 개념이다 . 하지만 일함수와 차이점이 있다면 , 일함수는 금속으로부터 전자를 떼어내는데 필요한 에너지가 금속의 한계진동수 (threshold frequency)와 관련되어 있지만 , 이온화에너지는 금속 뿐만아니라 비금속 원소들의 결합에너지 (bond energy)와 관련되어 있다 . 이온화에너지나 일함수가 빛 또는 전자를 이용하여 이온화되었을때 나타나는 파장 (스펙트럼 )과 에너지 (질량분석계 )에서 최저치를  측정하는  원리는 비슷하지만 개념은  차이가 있다 . 일함수보다도 결합에너지가 더 큰 이온화에너지가 더 많이 에너지가 필요하게 되는데 , 구리의 일함수는 약  4.7eV 이지만 , 구리의 이온화에너지는  7.7eV 가 된다 .

                                                                            <이온화경향 , 수소가 기준 원소 >

이온화에너지가 기체중에 이온쌍이 생기게하기 위해 전리시키는 에너지라면 , 이온화경향 (ionization tendency)은 물 또는 수용액상태에서 전자를 떼어내서 이온이 되려는 성질을 나타낸다 . 이온화경향은 금속의 경우에 해당되며 , 이온화경향이 클수록 산화되기 쉽다

.②이온화경향  : 양 (陽 ,+)의 성질이 강하여 전자를 쉽게 잃음 . 이온화경향이 클수록 전자를 빨리 잃고 산화되기 쉬움 . 상대적으로 이온화경향이 작은 쪽은 환원된다 .

e(s) + CuSO  4  (aq) → FeSO  4  (aq) + Cu(s)

다시 정리하면

 

같은 주기일 때 족과 전기 음성도는 비례 관계

같은 족일 때 주기와 전기 음성도는 반비례 관계

 

특히  2 주기 원자들은 족이 커질수록 전기 음성도가  0.5 씩 증가 한다 .

 

플루오린이  4.0 이면 산소는  3.5, 질소가  3.0, 탄소가  2.5, 붕소가  2.0, 베릴륨이  1.5, 리튬이  1.0 이라고 한다 .

 

다만 수소는  2.1 이다

 

그래서 전기 음성도의 순서를  F>O>N>C>H , 즉 폰치 /펀치 등으로 암기하기도 한다 .

온화경향을 통해  산화 ·환원반응의 조건을 알 수 있다 . 이온화경향이 크면 산화되기 쉬운데 , 철은 구리보다 이온화경향이 크므로 치환이 일어나 , 철이 전자를 잃고 양이온이 되어 산화가 된다 . 반면에 구리는 환원이 된다 . 따라서 철은 양이온이 되어 용액 상태로 되었고 , 구리는 양이온에서 구리가 되어 침전이 되었다 .

​

③전기음성도 : 

원자가  전자를 끌어당기는 힘이라고 할 수 있습니다 . 좀 더 엄밀히 말하자면 원자가 공유 결합을 할 때 공유 전자쌍을 잡아당겨 부분 음전하를 띠는 성향을 말한다 .

 

이 전기  음성도라는 것을 라이너스 폴링이라는 사람이 엄밀하게 정했는데 , 플루오린의 전기  음성도를 가장 센  4.0 으로 잡고 나머지 원자들의 전기  음성도를 상대적으로 정한 것이다 .

 

전기  음성도는 주기율표의 오른쪽 방향 , 즉 같은 주기일  때 원자 번호가 클수록 전기  음성도가 커지고 , 주기율표의 위쪽 방향 , 즉 낮은 주기일수록 전기  음성도가 커진다 .

 

같은 주기일 때 원자 번호가 클수록 유효 핵전하가 크니 전자쌍을 잡아당기는 힘도 큰 것이다 .

 

같은 족일 때 낮은 주기일수록 전기 음성도가 센 것도 유효 핵전하로 설명할 수 있다 . 주기가 낮아지면 핵과 최외각 전자와의 거리도 짧아지니까 공유 전자쌍을 더 세게 끌어당길 수 있다 .

다시 정리하면

 

같은 주기일 때 족과 전기 음성도는 비례 관계

같은 족일 때 주기와 전기 음성도는 반비례 관계

 

특히  2 주기 원자들은 족이 커질수록 전기 음성도가  0.5 씩 증가 한다 .

 

플루오린이  4.0 이면 산소는  3.5, 질소가  3.0, 탄소가  2.5, 붕소가  2.0, 베릴륨이  1.5, 리튬이  1.0 이라고 한다 .

 

다만 수소는  2.1 이다

 

그래서 전기 음성도의 순서를  F>O>N>C>H , 즉 폰치 /펀치 등으로 암기하기도 한다 .화학결합

(1)이온결합과 공유결합

	이온 결합	공유 결합
원소의 종류	금속 원소와 비금속 원소	비금속 원소와 비금속 원소
물질 형성	이온들이 규칙적으로 배열되어 물질 형성	원자들이 공유 결합하여 형성된 분자들이 규칙적으로 모여 물질 형성
물질의 상태	이온 결합이 강해 상온 (25 ℃)에서 고체로 존재한다 .	원자 간 공유 결합은 강하나 분자 간의 힘이 약해 상온 (25 ℃)에서 액체나 기체로 존재한다 .
예	염화칼슘  CaCl2 염화마그네슘  MgCl2	산소  O2 에탄올 C2H5OH

2)배위결합 :

 결합에 관여하는  2 개의 원자 중 한쪽 원자만을 중심으로 생각할 때 , 결합에 관여하는 전자가 형식적으로 한쪽 원자로부터만 제공되어 있는 경우의 결합을 말한다 . 예를 들면 , ［Co(NH3)6 ］3+에서는  Co3+의 둘레에 6 개의  NH3 가 정팔면체의  6 개의 꼭짓점을 차지하며 , Co3+과  6 개의 암모니아의  N 과는 공유결합에 의하여 결합되어 있다 . 형식적으로는 암모니아분자의  N 원자의 결합에 관여하지 않는 두 전자 , 즉 고립전자쌍 (lone pair)이  Co3+과 결합하고 있다고 생각할 수 있다 . 따라서 이들  6 개의  Co3+과  N 과의 결합은 배위결합이다 .

 

(3)금속결합 : 금속원소의 원자가 집합하여 금속결정을 만드는 경우의 화학결합 .

전형적인 금속 , 예를 들면 , 알칼리금속에서는 금속 내부의 각 원자에 속하는 원자가전자의 일부는 이웃한 특정 원자의 전자와 상호작용을 가지지 않고 , 결정 내를 자유롭게 움직이는 이른바 자유전자가 되어 있는 것으로 생각된다 . 따라서 , 금속이란 고른 밀도로 퍼진 전자의 바닷속에 원자가전자를 잃은 그 금속원자의 양이온이 떠 있는 것과 같은 것으로 , 이들 모든 자유전자와 양이온 사이의 정전기적 인력이 전체를 결합시키는 힘이 된다 . 이것이 금속결합의 주요한 힘이라고 생각되는데 , 정확히는 여기에 양자론적인 생각이 덧붙여져 있다 . 즉 , 분자궤도함수론의 입장에서는  E.P.위그너 , F.자이츠 , J.C.슬레이터에 의해 설명되었고 , 또한 하이틀러 -런던 이론의 입장에서는 금속원자 사이의 공유결합에 상당하는 여러 결합구조의 공명에 의해서 설명되었다 .

 

(4)수소결합 : O·N·F  등 전기음성도가 강한  2 개의 원자 사이에 수소원자가 들어감으로써 생기는 강한 분자 간 인력으로 , X －H …Y 와 같이 표시되는데 , 그 존재는  X －H 기 (基 )의 신축진동 (伸縮振動 )의 변화를 적외선흡수스펙트럼에 의하여 확인할 수가 있다 .

예를 들면 물의 결정인 얼음에서는 물분자  H2O 가 단독으로 존재하여 결정격자를 만드는 것이 아니라 , 1 개의 물분자를 볼 때 , 그 안의 산소원자를 중심으로 하여  4 개의 물분자가 정사면체꼴로 둘러싸고 , 이것이 무한히 연결된 결정으로 되어 있다 . 이 경우  O －H 로 나타낸 부분은 보통의 화학결합이지만 , H …O 의 부분 또는 그것을 포함하는  O －H …O 와 같은 결합을 수소결합이라 한다 .

5  화학의 기초법칙

➊원자에 관한 법칙

(1)일정성분비의 법칙 (프루스트 )

화합물을 구성하는 성분 원소 사이에는 일정한 질량비가 성립한다 .

즉 두 물질이 화합하여 화합물을 만들 때 반응하는 물질 사이의 질량비도 일정하다 .

(2)배수비례의 법칙 (돌턴 )

2 종류의 원소가 화합하여  2 종 이상의 화합물을 만들 때 , 한 원소의 일정량과 결합하는 다른 원소의 질량비는 항상 간단한 정수비 (整數比 )를 나타낸다는 법칙이다 .

➋보일 -샤를의 법칙

 

(1)보일 법칙

온도가 일정할 때 기체의 부피는 압력에 반비례한다 .

식  PV = k(일정함 )

여기에서

•P 는 기체의 압력

•V 는 기체의 부피

•k 는 비례 상수  = 일정함

따라서 기체의 온도를 일정하게 유지하면서 압력이  P1 이고 부피가  V1 인 기체의 압력을  P2 로 변화시켰을 때 부피가  V2 로 변화되었다면  P1V1=P2V2(즉 , PV = 일정 )의 관계가 성립하는데 , 이것을 보일의 법칙이라고 한다 .

2)샤를의 법칙

압력이 일정할 때 기체의 부피는 종류에 관계없이 온도가  1 ℃ 올라갈 때마다  0 ℃일 때 부피의  1/273 씩 증가한다는 법칙이다 .

3)보일 -샤를의 법칙

온도가 일정할 때 기체의 압력은 부피에 반비례한다는 보일의 법칙과 압력이 일정할때 기체의 부피는 온도의 증가에 비례한다는 샤를의 법칙을 조합하여 만든 법칙으로 온도 , 압력 , 부피가 동시에 변화할 때 이들 사이의 관계를 나타낸다 .

일정량의 기체의 압력 , 부피 , 온도변화에 대해서 아래와 같은 그래프로 나타낼 수 있다 .

압력과 부피 및 온도가 동시에 변화하여 보일 -샤를의 법칙 본문 이미지  5 의 부피 , 보일 -샤를의 법칙 본문 이미지  6 의 압력 , 보일 -샤를의 법칙 본문 이미지  7 의 온도를 갖는 최종상태 (C 점 )에 도달한다고 할 때 이를 온도를 일정하게 하였을 때의 과정 ( A->B)과 압력을 일정하게 할 경우의 과정 (B->C)으로 나눌 수 있다 . A 점에서  B 점까지의 등온변화의 경우 보일의 법칙에 의해 다음의 관계를 만족한다 .

➌분자량 측정법

 

(1)공기의 평균분자량

·공기의 주성분은 질소 (78%), 산소 (21%), 아르곤 (1%)

·공기의 평균분자량 =(32×0.21)+(28×0.78)+(40×0.01)=28.96 ≒29

2)기체의 밀도

 

·질량이나 부피만으로는 그 물질이 무엇인지 구별할 수 없다 . 그러나 질량을 부피로 나눈 값은 물질마다 다르므로 이 값으로 물질을 구별할 수 있다 . 이렇게 어떤 물질의 질량을 부피로 나눈 값 , 즉 단위 부피당 질량을 밀도라고 한다 .

➍돌턴의 분압법칙

 

① 일정 용기 내에서 혼합 기체의

전체압력 (전압 =P)은 각 성분기체의 분압의 합과 같다 .

※ P = Pa + Pb +.......... +Pn

이처럼 전체 압력은 수소와 산소의 각 기체가 나타내는 압력의 합이 된다 .

즉  , 혼합 기체의 전체압력은 각 성분기체의 부분압력의 합이며 이를

돌턴의 부분 압력의 법칙 (Dalton's iaw partal pressuer)이라 한다 .

Pa (A 의 분압 ) = nA. RT/ V . Pb (B 의 분압 ) = nB. RT/ V ....②

∵ P = nRT/ V = (nA + nB) RT/V ...... ③ * n = nA + nB

∴P = PA + PB ........... ④

④ Pa  와  Pb  및  P 의 관계  (②식 /③식 )

Pa / P = nA / nA + nB , nB / P =nB / nA +nB

Pa = P . nA / nA + nB . PB = P. nB / nA + nB .......⑤

A 의 몰 분율  B 의 몰 분율

※ mol  분율  = 성분기체의  mol 수  / 총  mol 수  = nA (nB) / nA + nB

 

 

② 부피 V 인 용기에  A, B  기체가 혼합되어 있고 총  mol 수가  n mol 이면

P (전압 ) = n RT / V ................ ①

③ A 와  B 의  mol 수를 각각  nA, nB 라 하면

➎패러데이 법칙

M.패러데이가 발견한 법칙으로  1833 년 발견한 전기분해 법칙 과  1831 년에 발견한 전자기유도 법칙이 이에 해당한다 .

1833 년 발견한 전기분해 법칙과 이보다  2 년 전에 발견한 전자기유도 (電磁氣誘導 ) 법칙이 있다 . 전기분해 법칙에 의해 물질의 원자구조와 관련해서 전기량에도 최소 단위 (기본 전하량 )가 존재한다는 것이 처음으로 예측되었고 , 전자기유도법칙은 전자기유도가 일어나는 방식을 밝혀냈다 .

 

-전기분해

전기분해를 하는 동안 전극에 흐르는 전하량 (전류 ×시간 )과 전기분해로 인해 생긴 화학변화의 양 사이의 정량적인 관계를 나타내는 법칙이다 . 1833 년 패러데이가 논문을 발표하였으며 , 전기화학의 가장 기본적인 법칙이다 .

 

제 1 법칙 :전해질용액을 전기분해할 때 전극에서 석출되는 물질의 질량은 그 전극을 통과한 전자의 몰수에 비례한다 . 즉 , 전류가 더 많이 흐를수록 시간이 지날수록 석출되는 물질의 질량은 많아진다 .

 

제 2 법칙 : 같은 전기량에 의해 석출되는 물질의 질량은 물질의 종류에 관계없이 각 물질의 화학 당량에 비례한다 . 즉 , 1 그램당량의 물질량을 전기분해하여 석출하는 데 필요한 전기량은 물질의 종류에 관계없이  96,485.3383C 으로 항상 일정하다 .

 

제 1 법칙에 의해 석출되는 물질의 양은 전류와 시간의 곱에 비례한다 . 그리고 공급되는 전자가 전해질 속의 이온을 원자가 되게 하여 석출되므로 , 석출되는 물질의 질량은 원자량에 비례한다 . 또한 원자가가 곧 이온 한 개가 원자로 될 때 필요한 전자개수이므로 , 석출되는 물질의 질량은 원자가에 반비례한다 .

 

물질  1 그램당량을 전기분해로 얻는데 필요한 전하량 , 곧 전자  1 몰의 전하량을 패러데이 상수라고 한다 . 보통 기호  F 로 표시하며 , F = 96,485.3383C/mol e-이다 . 이 법칙에 의해 물질의 원자구조와 관련해서 전기량에도 최소 단위 (기본 전하량 )가 존재한다는 것이 처음으로 예측되었다 . 즉 , 1F 은 전자의 기본전하량 (1.602×10-19C/e-)과 아보가드로수 (6.02×1023 mol-1)의

곱과 같다 . 전하량  1C 으로 석출되는 물질의 양은 은  1.118mg, 수소기체  0.010446mg 이다 . 1C 의 전기량에 의해 석출되는 물질의 양을 그 물질의 전기화학당량이라 한다 .

 

오늘은 소화약제 화학 전기분해까지 알아보겠습니다

다음은 더 많은 정보로 찾아뵙겠습니다 감사합니다.