원소의 화학반응

[하루살이]

PART 1. MOLECULES TO CELLS

2장. SMALL MOLECULES

1. ELEMENTS, ATOMS AND MOLECULES

ㆍ원소(element) : 화학적인 방법으로는 더 이상 간단한 물질로 나눌 수 없는 물질

ex. 황(S), 인(P), 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 수소(H)......

원소	역 할	원소	>역 할
칼슘(Ca)	골격구성물질, 근육수축작용	산소(O)	물과 모든유기물의 구성원소
탄소(C)	유기물의 구성성분	인(P)	에너지 이동에 필요
염소(Cl)	소호작용 및 광합성의 HCl	칼륨(K)	신경흥분을 일으킴
플루오르(F)	치아의 에나멜성분	규소(Si)	규조류의 껍질, 동맥
수소(H)	물과 유기물의 구성원소	나트륨(Na)	이온균형, 신경전도
철(Fe)	헤모글로빈, 시토크롬	황(S)	대부분의 단백질성분
질소(N)	모든단백질, 핵산의 구성성분	셀렌(Se)	여러 가지 효소작용에 필요

<표 2-1> 생명현상에 필수적인 원소

ㆍ원자(atom) : 원소를 이루는 가장 작으며 더 이상 분할할 수 없는 단위

ㆍ분자(molecule) : 두 개 이상의 원자가 결합하여 이루어진 단위

ㆍ화합물(compound) : 두 개 이상의 다른 원소가 결합하여 이루어진 순수분자상태의 물질

(1) 원자 구조(atomic structure)

ㆍ원자 : 중성자, 양성자, 전자

- 원자핵(양성자+중성자) → 원자 질량의 대부분을 차지함. 양성자량와 중성자량은 비슷.

ㆍ 원자량 = 중성자 수 + 양성자 수 (원자량의 단위 = 달톤 'dalton')

ㆍ분자량 : 분자를 이루는 원자량을 합한것.

ㆍ원자번호 = 양성자수 = 전자수

(2) 중성자(neutron), 동위원소(isotope)

ㆍ동위원소 : 같은 원소이지만 핵을 이루는 중성자 수만 다른 원소

2. ELECTRONS AND THE CHEMICAL CHARACTERISTICS OF ELEMENTS

(1) 전자의 에너지수준과 전자껍질

ㆍ에너지껍질(energy shell) : 전자의 에너지량에 따라 전자를 구분,

에너지의 양이 각각 다른 전자들이 동심원모양의 에너지껍질 또는 준위를 이루는데, 핵으로부터 멀어질수록 에너지 증가

ㆍ궤도함수(orbital) : 전자들의 운동진로

※ 네온(Ne)의 전자궤도함수

- 색으로 칠한 부분이 궤도함수이다.

(a) 네온의 맨 안쪽 2개 전자가 수형의 1s 궤도함수를 차지하고 있다.

(b) 다음의 2개 전자가 2s 궤도함수를 차지하고 있다.

(c) 2p 궤도함수는 아령모양이다.

(d) x, y, z 으로 표시되는 3개의 2p 궤도함수축은 서로 최대한 멀리 떨어지도록 배열되어 있다.

※ 20가지 원소의 궤도함수배열

(2) 에너지 경향(energetic tendency)

① 전자는 쌍으로 존재한다. - 쌍을 이루지 못한 전자는 낮은 에너지 상태로 전자쌍을 형성 하려는 경향이 있어 화학반응의 원인 제공

② 모든 원소는 외각을 채우려고 한다. ※ He, Ne, Ar... - 불활성 원소

③ 모든 원자는 단일 원자처럼 전기적으로 중성을 유지하려고 한다.

(3) 화학반응 - 외부 전자에너지 껍질의 채움

ㆍ화학반응의 방법 - 다른 원자로 부터 한 개 또는 그 이상의 전자를 얻는 방법

- 한 개 또는 그 이상의 전자를 다른 원자에게 주는 방법

- 다른 원자와 전자쌍을 공유하는 방법

ㆍ화학반응 : 초기 물질인 반응물이 화학적으로 새로운 물질인 생성물로 바뀌는 변화

ㆍ전기음성도 : 원자가 자신의 전자를 잃지않고 다른 전자를 끌어오는 능력

ㆍ이온(ion) : 전하를 띤 원자

ㆍ이온결합(ionic bond) : 양으로 하전된 이온과 음으로 하전된 이온간의 전기적 인력에 의해 형성되는 결합

ex. 소금(NaCl)의 형성 : 나트륨과 염소원자가 만나면 나트륨 외각의 단일전자는 염소원자에게 끌린다. 전자의 이동이 이루어진 후 두 원자의 외각은 채워지나 각각 전하를 갖게 되므로 이온(Na+. Cl-)을 형성한다. 반대전하 사이에 작용하는 전기적 인력에 의하여 형성되는 이온결합으로 두 원자는 결합한다.

ㆍ공유결합(convalent bond) : 한 개 또는 그 이상의 전자쌍이 두 개의 원자에 의해 공유될 때 형성되는 결합

※공유결합에서 체크할 것 : 1. 전자는 쌍을 이루었나?

2. 전하는 균형을 이루었나?

3. 외각은 채워졌나?

(4) 몇 가지 작용기와 그 특징

3. THE WETER MOLECULE AND HYDROGEN BONDING

(1) 물의 극성 - 물분자가 양전하와 음전하를 띤 부분을 동시에 갖고 있기 때문

(2) 물과 수소결합

ㆍ수소결합 : 약한 양전하와 음전하 사이의 전기적 인력

ㆍ용매로서의 물 성질 : 극성 때문

ㆍ수화껍질(hydration shell) : 용액 중에서 이온에 느슨하게 결합된 물 분자가 이루는 층

ㆍ물 : 기름과 같이 수소결합을 형성하지 않는 비극성 물질과 결합하지 않음

ㆍ'물 적심' 이란? : 물이 물체 표면과 수소결합 한다는 의미. 부착(adhesion)의 결과

ㆍ모세관 현상(acpillary action) : 물 분자의 부착력과 응집력에 의한 복합 효과.

물의 상승률은 관의 직경에 반비례

ㆍ응집(cohesion) : 물 분자간의 수소결합에 의한 물질간의 인력

ㆍ침윤(imbibition) : 표면에 부착된 물이 흡수에 의해 나무나 젤라틴과 같은 다공성 물질을 이동시키는 현상 ex)물을 흡수한 씨앗이 종피를 열고 나오는 것.

ㆍ표면장력(suface tention) : 물의 응집력으로 물과 공기가 접촉하는 면에 물과 공기 사이의 인력보다 물 분자간의 인력이 훨씬 강력하게 작용함으로써 발생