과학 지식) 화학 기초지식

[진동감동]

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화학의 기초지식

원소

원소와는 이미 그 이상 간단한 성분으로 나눌 수가 없는 물질로 해 , 물질의 기초적인 구성 성분이다.
현재는 , 자연계에서 발견된 원소는 약 90종류로 , 인공적이게도 10종류 이상의 원소가 만들어지고 있다.
원소 기호는원자를 나타낼 때도 사용되므로원자 기호라고도 불린다. (몇개의 원자가 결합한 것을분자라고 부른다 )
주된 원자와 그 기호는 이하와 같다.
 
 

수소	H	나트륨	Na
탄소	C	칼륨	K
질소	N	마그네슘	Mg
산소	O	염소	C1
칼슘	Ca	인	P

　
1종류의 원소로부터 되어있는 물질을 단체라고 말해 , 2종류 이상의 원소로부터 되어있는 물질을 화합물이라고 한다.
상온으로 기체의 수소 , 산소 , 염소등이 단체로 , 물 , 이산화탄소 , 암모니아등이 화합물이다.
자연계에 존재하는 화합물이나 인공적으로 만들어진 화합물은 수백만종에도 미친다.

질량보존의 법칙

물질이 화학변화를 할 때 , 반응하기 전의 물질의 질량의 화와 반응 후의 물질의 질량의 화는 동일하다.
즉 , 화학반응으로 물질이 소멸하거나 아무것도 없는 곳으로부터 물질이 생기거나 할 것은 없다.

원자의 구조

원자는 한층 더 작은 미립자로부터 완성되어 있어 부의 전하를 가지는 것을전자, 정의 전하를 가지는 것을요코, 전화가 없는 것을중성자라고 말한다.
원자의 크기는 종류에 따라서 다르지만 , 직경이 대략 10^－8㎝정도로 , 그 중심에 몇개의 요코 물어 구두인가의 중성자가 결합해 할 수 있던 원자핵이 존재한다. 원자핵의 크기는 한층 더 작고 , 원자의 크기의 약 10만 분의 1이다.
원자핵의 주위에 요코의 수로 동일한 전자가 운동하고 있어 , 원자 전체적으로는 전기적으로 중성이 된다.

화학식

원소 기호를 사용해 나타낸 식을화학식이라고 한다. 화학식에는분자식,이온식,전자식등이 있다.
원자는 전기적으로 중성이지만 , 원자가 전자를 방출하거나 혹은 전자를 받으면(자) 정 또는 부의 전하를 가지는 입자에 변화한다.
이러한 입자를이온이라고 말해 , 정의 전하를 가지는 이온을양이온, 부의 전하를 가지는 이온을음이온이라고 한다.
이온을 나타내려면 , 이온을 구성하는 원자와 그 수 , 및 이온의 전하를 우상에 첨기한 이온식을 이용한다.
주된 이온식은 이하와 같다.
 

나트륨 이온	Na+	염화물 이온	C1-
마그네슘 이온	Mg2+	수산화물 이온	OH-
칼슘 이온	Ca2+	탄산 이온	CO32-
암모늄 이온	NH4+	초산 이온	NO3-
수소이온	H+	산화물 이온	O 2-

 
양이온과 음이온이 정전기력에 의해 거래해 할 수 있는 결합을이온 결합이라고 한다.
이온 결합의 물질에서는 , 양이온의 정 전하와 음이온의 부 전하가 서로 지우므로 전기적으로 중성이 된다.
이온 결합 물질의 예는 이하와 같다.
 

염화 나트륨	NaC1	초산나트륨	NaNO3
염화 칼슘	CaC12	탄산나트륨	Na2CO3
산화칼슘	CaO	탄산칼슘	CaCO3
수산화 나트륨	NaOH	염화 암모늄	NH4C1
수산화 칼슘	Ca(OH)2	인산 나트륨	Na3PO4

물질량

질량수 12의 탄소 원자 12그램에 포함되어 있는 탄소 원자의 수는 , 6. 02X10 ²³개로 , 이것을 아보카도로수라고 말해 , 원자나 분자의 수나 질량은 , 이 아보카도로 몇 개의 양의 집합을 단위로 하면(자) 편리해서 , 6. 02X10 ²³개의 입자(원자 , 분자 , 이온) 의 집합으로 표현해 , 이 단위를
1mol (몰)라고 말한다.
이것은 12개를 1다스로 할 것 같은 물건과 같아 , mol 단위로 나타낸 물질의 양을물질량이라고 한다.

화학반응식

반응하는 물질과 생성하는 물질과의 관계를 화학식을 이용해 나타낸 것을화학반응식, 또는 단지 반응식이라고 한다.
수소와 산소가 화합해 물이 생성할 때의 화학반응식은 이하와 같다.
2H₂＋O₂→2H ₂O
그리고 , 이온식을 이용해 나타낸 화학반응식을이온 반응식이라고 한다.

수소결합

분자안의 정의 전하를 띤 수소 원자(H) 가 , 다른 분자의 부의 전하를 띤 원자와 정전기적으로 거래해 할 수 있던 결합을수소결합이라고 한다.

용액

액체에 녹아 있는 물질을용질이라고 말해 , 물과 같이 용질을 녹이는 액체를용매라고 말한다. 그리고 생긴 액체를용액이라고 말한다.
암모니아 분자 NH ₃는 물속에 들어가면(자) NH ₃분자의 N에 수분자의 H를 끌어당길 수 있어 (수소결합) 수화 한다.
그 결과 수분자의 H와 O의 공유결합이 절단 되어 , 암모늄 이온(NH₄^＋) 과 수산화물 이온(OH^－) 이 생겨 수용액중에 존재하게 된다. 전리식을 이용하면(자)
NH₃＋H₂O→NH₄^＋＋OH^－가 됩니다.
이와 같이 이온으로 나누어지는 변화를전리라고 말한다.
그리고 , 염화 나트륨이나 염화수소 , 암모니아와 같이 , 물에 녹으면(자) 전리할 수가 있는 물질을전해질이라고 말한다.

몰 농도

용액 1리터중에 포함되는 용질의 양을 물질량(mol) 으로 나타낸 농도를몰 농도라고 말해 ,［mol/l］로 나타낸다.
그리고 , 용액 100그램안에 포함되는 용질의 질량(그램) 을 퍼센트로 나타낸 것을 퍼센트 농도(%)라고 말한다.

산과 염기

수에 녹였을 때에 전리해 수소이온을 일으키는 것 같은 수소화합물을산이라고 한다.
그리고 , 수산화물 이온(OH^－) 을 포함한 화합물을염기라고 말해 , 물에 녹기 쉬운 염기를 특히알칼리라고 한다.
그리고 , 말투를 바꾸면 , 다른 물질에 수소이온을 줄 수가 있는 것을 산이라고 말해 , 수소이온을 받을 수가 있는 것을 염기라고 말한다.
　
산화물 중(안)에서도 산의 기능을 하는 것을산성 산화물이라고 말해 , 염기의 기능을 하는 것을알칼리성 산화물이라고 말한다.
주된 산성 산화물이 생성되는 반응에는CO ₂(이산화탄소)＋H₂O→H ₂CO ₃(탄산)와 같이 물과 반응해 산을 일으키는 것이나 ,
CO ₂(이산화탄소)＋Ca(OH)₂→CaCO ₃(탄산칼슘)＋H ₂O 와 같이 염기와 반응해 소금과 물이 되는 것 같은 것이 있다.
그리고 , 알칼리성 산화물로서는 물과 반응해 염기를 일으키는 것에Na ₂O(산화 나트륨)＋H₂O→2NaOH(수산화 나트륨)나
CaO(산화칼슘)＋H₂O→Ca(OH)₂(수산화 칼슘)등이 있어 , 산과 반응해 소금과 물이 되는 것도 있다.
　
염화수소나 수산화 나트륨 등은 물에 녹이면(자) 거의 전부가 양이온과 음이온에 전리해 버린다. 이러한 물건을강산 , 강 염기라고 말해 , 초산이나 암모니아와 같이 수용액중에서도 대부분이 분자인 채로 있어 , 매우 얼마안되는 물건이 전리하는 것을약산 , 약염기라고 말한다.
이러한 수용액에서는 미전리의 분자와 전리해 할 수 있던 양이온과 음이온이화학 평형상태에 있어 , 이러한 화학 평형을전리평형이라고 한다.
화학식에서 써 나타내면(자) 이하와 같이 된다.
NH ₃(미전리의 암모니아 분자)＋H₂O⇔NH₄^＋(암모늄 이온)＋OH^－
산이나 염기와 같은 전해질이 물에 녹아 전리평형 상태가 되어 있을 때 , 녹아 있는 전해질의 물질량에 대해서 , 전리하고 있는 전해질의 물질량의 비율을전리도라고 한다. 이 전리도는 퍼센트에서도 나타내지는 일이 있지만 , 보통은 0≤1의 숫자로 나타내진다.
그리고 , 같은 몰 농도의 산의 수용액에서도 전리도가 다르면 용액중에 생기는 H^＋의 농도는 달라 , 용액의 산성의 힘은 다르게 된다.
강산 , 강 염기의 전리도는 1에 가까운 것으로 있어 , 0에 가까운 것이 약산 , 약염기가 된다.
　
순수한 물에 가까운 물은 거의 전기를 통하지 않지만 , 그런데도 매우 불과이지만 , H^＋와 OH^－에 전리해 , 전리평형 상태에 있다.
H₂O⇔H^＋＋OH^－

이온화 경향

금속이 미즈노마는 수용액에 접하고 있을 때 양이온이 되는 성취 쌈을 금속의이온화 경향이라고 한다.
요컨데 녹기 쉬운지 어떤지라고 하는 것.
아쿠아리움에서 잘 듣는 , 칼륨(K) 이나 나트륨(Na) , 칼슘(Ca) , 마그네슘(Mg) 등은 물 및 희류산에 들어가면(자) 격렬하게 녹아 이온화 해 수소가 발생한다. (마그네슘은 물에 녹지 않지만 희 황산에 녹는다. 그리고 물속에도 H^＋가 있으므로 그 만큼 반응한다. )
이와 같이 녹기 쉬운 것을 이온화 경향이 크다고 말한다.
그리고 , 동이나 주석 , 돈은 반대로 이온화 경향이 작다.