chem handout 2

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Unformatted text preview: Chap. 5 화학양론 1. 원자량 원자 질량의 척도는 C-12를 기준으로 측정한 것이며 정확하게 12amu 이다. 주기율표의 원자량의 정보는 모두 탄소를 기준으로 측정된 상대질량이며 isotope들이 존재 하므로 평균질량을 구하여 나타낸 것이다. 원자질량 = Y1의 질량 x Y1%/100% + Y2의 질량 x Y2%/100% + .... (Y는 동위원소) 그렇다면 탄소 12g에는 몇 개의 탄소 원자가 포함되어 있을까? 23 아보가드로는 실험적으로 12g의 질량에 6.022 x 10 개가 있음을 확인하였다. -> 아보가드 로 수(NA) 6.022 x 10 23 = 1mol 로 정의함 (물 한방울 = 1.5 x 10 21 -> 일렬로 세우면 지구에서 태양을 왕복하는 거리이다.) 12amu를 g질량으로 환산하면 1 amu = 1.6605 x 10-24g -> 탄소원자 질량의 12분의 1 -24 12amu x (1.6605 x 10 23 g/amu) x 6.022 x 10 /mol = 12 g/mol 이다. 원자 1개의 질량 탄소원자 한 개의 질량이 너무 작으므로 amu를 사용하여 정수화 시켰다. amu는 원자의 질량을 표현하기위한 단위이지만 몰질량 단위와 동등하게 생각해도 상관이 없다. (amu = g/mol) 2. 몰, 질량 그리고 개수 1) 원자량, 몰질량, 화학식량, 분자량 화학종에 대한 1몰질량은 원자의 경우 주기율표의 원자량 정보를 사용하며 화합물의 경우엔 화합물을 구성하는 원자의 원자량을 사용하여 구할 수 있다. 예: CH3OH의 1몰질량 = 12 + 1x4 + 16 = 32 g/mol 또는 32amu 원자량(atomic weight) -> 원소에 대한 1mol 질량 몰질량(molar mass) -> 모든 화학종에 대하여 1mol 질량 화학식량(formular weight) -> 모든 화학종에 대하여 1 mol 질량 분자량(molecular weight) -> 분자물질에 대해서만 1 mol 질량 2) 몰과 개수, 몰과 질량 xNA 개수 ⇆ ÷NA ÷FW 몰 ⇆ xFW 질량 3 . 화학식 1) 화학식 분자식: 분자를 구성하는 원자들의 개수를 원소기호의 아랫첨자로 표현한 식 예) CH4, C2H6O, C2H6... 구조식: 분자를 구성하는 원자들의 연결방법을 마디(선)를 사용하여 표현한 식 (Lewis 점구조식에서 점을 제외하면 구조식이 된다.) 예) 축소 구조식: 화합물의 작용기(반응자리)를 중심으로 표현한 식 예) CH3OH, CH3COOH, CH3CH2NH 2 ... 실험식: 화합물을 구성하는 원자들의 비율을 작은(간단한) 정수비 관계로 표현한 식 예) CH, CH2, CH4, CO2... 2) 조성백분율(질량백분율) (성분원소의 질량/화학식량) x 100 = 조성백분율(%) 3) 실험식 구하는 법 1) 화합물을 구성하는 원소들의 질량으로부터 -> 성분원소의 질량/원자량 = 성분원소의 몰 각 성분원소의 몰을 작은(간단한) 정수비 관계로 표현하면 된다. 2) 조성백분율로부터 -> %를 g단위로 바꾼 후 1)과 같은 방법으로 성분원소의 몰수를 구하여 작은(간단한) 정수비 관계로 나타낸다. 3) 실험적으로 화합물의 화학분석을 통해 얻어진 자료로부터 -> 반응물과 생성물의 질량결과를 사용하여 각 화학종의 조성비율의 비례식을 표현하고 전체 질량에 대해 성분원소의 질량이 일정한 관계를 나타낸다. 성분 원소의 질량을 구하면 1)의 과정을 이용하여 실험식을 구한다. 예) C,H 그리고 O로 이루어진 탄소화합물 5.00g을 연소하여 CO2 9.55g와 H2O 5.87g을 얻 었다. 실험식(또는 화학식)은? 4) 분자식 구하는 법 분자량 또는 화학식량의 자료로부터 실험식을 분자식(화학식)으로 표현할 수 있다. (실험식)n = 분자식 n = 분자량/실험식량 참고)분자량이 주어지느냐에 따라 화학식은 실험식으로 분자식으로 표현될 수 있다. 4. 균형반응식 쓰기 1)골격반응식을 쓴다. 2)복잡한 화학종(원자수 많은 것, 원자종류 많은 것)을 선택한 후 화학종을 구성하는 성분 원소가 나뉘지 않고 한 화학종만 형성한 것을 찾는다. -> 원자수를 맞춘다.(원자균형) 3)원자수를 맞춘 화학종을 기준으로 2)의 과정을 반복한다. 연습) ①NH4NO3 -> N2O + H2O ②NaCl + SO2 + H2O + O2 -> Na2SO4 + HCl ③C4H8(OH)2 + O2 -> CO2 + H2O ④C3H8 + O2 -> CO2 + H2O ⑤CaO + P4O10 -> Ca3(PO4)2 ->완결된 반응식의 화학종 앞의 계수는 반응물과 생성물의 몰수를 각각 나타낸다. 5. 화학양론 1) 100%반응을 전제로 한 질량관계: 한 화학종의 몰(또는 개수), 질량으로부터 다른 모든 화학종의 몰 또는 질량을 구할 수 있다. 연습) p87 예제 3.11 2) 한정 시약(한계 반응물)의 화학양론: 반응물의 양이 주어지면 한계 반응물을 찾아 생성물의 양을 구한다. <한계반응물 찾기> 방법1) 반응물의 몰비 관계로부터 한 화학종을 기준으로 필요한 다른 반응물의 양을 구한 후 주어진 양과 비교한다. 필요양보다 크면 과량 필요양보다 작으면 한계 반응물이다. 방법2) 각 반응물의 양으로부터 얻을 수 있는 생성물의 양을 각각 구한다. 작은 양의 생성물을 결정하는 반응물이 한계 반응물이다. 연습) p89 예제 3.12 3) 백분비 수율(percent yield)과 화학양론: 이론적 수율: 100%반응을 일으켰을 때의 생성물의 양 실험적 수율: 실험실에서 실제 얻을 수 있는 생성물의 양 (이론적 수율 보다 클 수는 없다.) 백분비 수율 = 실험적 수율/이론적 수율 x 100% 문제 적용: ①반응물의 양으로부터 이론적 수율을 구한후 실험적 수율의 정보와 함께 백 분비 수율을 구한다. ②반응물의 양을 모두 주어 한계반응물을 찾게 한 후 ①의 문제와 같은 방법 으로 다룰 수 있다. ③백분비 수율과 실험적 수율을 주고 이론적 수율을 구하여 반응 시켜야할 물질의 양을 구하는 문제에 적용할 수 있다. -> 화학양론 Chap. 6 기체 1. 기체의 상태 압력(P)), 온도(T), 부피(V) 그리고 화학양(n)에 의해 결정 1) P과 T가 일정할 때 ① V ∝ n : Avogadro의 법칙 -> graph ② STP(Standard Temperature & Pressure) -> 온도는 O℃, 압력은 1atm 1mol의 부피는 22.4L xNA 개수 ÷FW ⇆ 몰 ÷NA ⇆ 질량 xFW ÷22.4L ⇅ x22.4L 부피 ③같은 온도, 같은 압력에서 기체는 종류에 관계없이 같은 부피안에 같은 입자수를 갖는다. -> Avogadro의 법칙 2) n과 T가 일정할 때 V ∝ T : Charles의 법칙(단, 이상기체가 전제되어야 한다.) 실제기체는 높은 온도에서만 성립됨 graph -> 3) n과 P가 일정할 때 V ∝ 1/P : Boyle의 법칙(단, 이상기체가 전제되어야 한다.) 실제기체는 낮은 압력에서만 성립됨 graph -> 4) 이상기체 방정식 이상기체 : 기체분자간 상호인력이 작용하지 않아야 하며 분자크기가 무시할 수 있을 정도로 작아야 한다. PV = nRT (R: 이상기체 상수 0.082 Lㆍatm/molㆍK) 2. 이상기체 방정식의 적용 1) 기체의 상태를 나타내는 요인중 하나만 모를 때 PV = nRT 2) 초기상태에서 나중상태의 변화과정을 다룰 때 ①P과 T가 일정할 때 -> V2/V1 = n2/n1 ②n과 T가 일정할 때 -> P1V1 = P2V2 ③n과 P가 일정할 때 -> V2/V1 = T2/T1 3) 기체의 몰질량을 구하는 문제 -> PV = (m/M)RT 4) 기체의 밀도를 구하는 문제 -> 3)의 식으로부터 d = PM/RT 5) 기체 반응에서 화학양론의 문제를 다룰 때 ①STP에서의 화학양론 ②Gay-Lussac의 기체부피합의 법칙 ③T,P가 일정할 때 부피와 몰과 질량의 관계를 다룰 때-> PV = nRT 사용 6) 혼합기체에서 부분압과 몰분율 돌턴의 분압법칙: 기체의 전체 압력은 각 화학종의 부분압력의 합과 같다. PA = nA(RT/V) PB = nB(RT/V) Pt = nt(RT/V) = (nA + nB)(RT/V) = nA(RT/V) + nB(RT/V) = PA + PB 그러므로 Pt = PA + PB + .... 또한, 몰분율과 전체압력으로부터 부분압력을 구할 수도 있다. PA = XA x Pt 3. 기체분자 운동론 1) 기체는 끊임없이 불규칙 직선운동을 한다. 2) 기체는 완전탄성 충돌을 한다. 3) 기체 입자의 상호인력은 무시할 수 있을 정도로 작다. 4) 기체의 부피에서 입자가 차지하는 부피는 무시할 수 있을 정도로 작다. 5) 모든 기체는 종류에 관계없이 다 같은 평균 병진 운동에너지를 갖는다. E = (1/2)mv 2 6) 기체의 운동에너지는 온도에 비례한다. E = 3RT/2NA 5,6)번의 가설로부터 v = √(3RT/M) ①일정한 온도에서 서로 다른 두 기체의 속도비는 v2/v1 = √(M1/M2) ②온도변화에 대한 속도비는 v2/v1 = √(T2/T1) 4. 혼합기체의 분리 - 기체 분자 운동론의 응용 Graham의 법칙 유출속도2/유출속도1 = 유출시간1/유출시간2 = √(M1/M2) Chap. 7 액체와 고체 1. 분자 물질 - 기체, 액체, 고체 1) 분자간 힘과 관련된 현상들 ①증발, 승화 : 분자간 힘이 약할수록 증발이나 승화 효과가 크다. ②표면장력 : 표면장력은 고체표면에 액체를 부었을 때 액체가 퍼지려고 하는 힘에 저항 하는 힘이며 그와 같은 현상은 분자간힘 때문에 발생한다. 액체 내부의 입 자는 주변의 입자에 의해 균등하게 상호인력이 작용하지만 표면의 입자는 양옆과 내부의 입자에 의해 끌어당겨지기 때문에 액체표면이 볼록해지는 것 이다. 액체가 다르면 분자간힘도 다르며 표면장력도 달라질 수밖에 없다. ③끓는점 : 대기압과 증기압이 일치할 때의 온도. 분자간 힘이 클수록 끓는점이 높아진 다. ④녹는점 : 규칙적인 배열을 불규칙하게 만들어야 하므로 분자간 힘을 끊어야 한다. 그러 므로 분자간 힘이 클수록 녹는점은 높아진다. ⑤증기압 : 액체와 기체가 평형에 도달했을 때 기체가 액체 표면에 작용하는 압력이다. 용기의 크기에 관계없이 증기압은 액체의 종류에 의존하여 일정한 값을 가진 다. 즉, 액체의 종류에 따라 분자간힘이 다르기 때문이다. 분자간 힘이 크면 증기압은 낮아진다. 2) 분자간 힘의 종류 ①분산력(London force): 이웃하는 분자에 의해 쌍극자가 유도되어 유도쌍극자간 작용하 는 힘을 말한다. 모든 분자물질에 존재하는 힘이며 전자수가 많 을수록 분산력은 커진다. ②쌍극자힘(dipole moment): 극성분자간 작용하는 힘이다. 쌍극자힘의 크기는 첫째 전기음성도에 의존하며 전기음성도 가 크게 작용하는 원자가 같으면 결합각도에 의해 극성의 세기를 비교할 수 있다. ③수소결합(hydrogen bonding): 전기음성도가 큰 원자와 수소가 결합된 분자간에 작용하 는 힘이다. 전기음성도가 큰 원자의 비공유 전자와 이웃 하는 분자의 수소원자가 결합을 이룬다. 수소결합의 세기는 우선 작용기(수소결합을 하는 자리) 의 수에 의존하며 작용기 수가 같을 때는 전기음성도의 세기에 의존한다. 분자간 힘의 종류가 같으면 각각의 기준에 의해 힘의 세기를 결정하지만 다르면 일반적으 로 수소결합이 가장 센힘의 형태이며 분산력, 쌍극자힘의 순서로 세기를 결정한다. 2. 비분자 물질 - 고체 1) 이온결합: ①쿨롱의 안정화 에너지에 의해 물리적 성질이 구별된다. -끓는점, 녹는점은 전하량이 클수록 이온의 크기가 작을수록 높아진다. 분자물질과는 비교할 수 없을 정도로 끓는점, 녹는점이 높다. -용해도는 전하량이 클수록 이온의 크기가 작을수록 낮아진다. ②고체상태에서는 전기 부도체이나 수용액이나 용융상태에서는 전기 전도체이다. ③망치로 때리면 부숴진다. 2) 그물구조 공유성 결합(원자결정): ①끓는점, 녹는점이 매우 높다.(이온화합물과 비교할 수는 없다.) ②물에 불용성이다. ③일반적으로 전기 부도체이다.(흑연, 반도체는 제외) ④같은 종류의 물질이 원자의 배열방법에 따라 물리적 성질이 달라지기도 한다. -규칙적인 배열이 끓는점, 녹는점이 높다. 3) 금속결합: ①전기 전도성과 열 전도도가 높다. ②연성과 전성이 있다. ③대부분 은백색의 광택을 띤다. ④일반적인 용매에 불용성이다. ⑤끓는점, 녹는점이 광범위하다. ...
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