3.물질의 구성

[烏竹軒]

돌턴의 원자설

1.

돌턴의 원자설

(1)	돌턴의 원자설 : 19세기 초 영국의 과학자 돌턴은 화학 변화가 일어날 때 질량 보존의 법칙과 일정 성분비의 법칙 및 자신이 발견한 배수 비례의 법칙을 설명하기 위하여 원자의 존재를 가정하고 다음과 같은 모형을 제안하였는데, 이를 돌턴의 원자설 이라고 한다.

①	원자는 더 이상 쪼갤 수 없다.
②	같은 종류의 원자는 모두 크기와 질량이 같으며, 다른 종류의 원자는 크기와 질량이 서로 다르다.

③	한 원소의 원자는 다른 원소의 원자로 바뀌거나, 없어지거나, 새로 생겨나지 않는다.

④	화합물은 한 원자와 다른 원자가 정하여진 수의 비율로 결합함으로써 이루어진다.

(2)	원자설의 확인 : 돌턴이 가정했던 원자의 존재는 그 후 많은 과학자들의 실험에 의하여 증명되었고, 모든 물질이 원자라는 아주 작은 입자로 이루어진 것도 확인되었다.

(3)	돌턴의 원자 모형의 수정 : 돌턴의 원자설 중 ‘원자는 더 이상 쪼갤 수 없다.’는 설은 핵분열 반응의 발견으로 원자가 쪼개진다는 새로운 사실로 수정되며, ‘원자의 종류가 같으면 크기와 질량이 같다.’는 설은 같은 원자라도 질량이 서로 다른 동위 원소의 발견으로 수정되어야 한다. 그러나 원자설의 가치가 근본적으로 허물어진 것은 아니다.

---

원자 모형과 화합물

1.

원자 모형의 변천

(1)	돌턴 : 단단하고 쪼갤 수 없는 속이 찬 공과 같다.
(2)	톰슨 : 양전하와 음전하가 고르게 분포되어 있다.
(3)	러더퍼드 : 중심에 원자핵이 있고, 그 주위에 전자가 있다.
(4)	보어 : 전자가 원자핵 주위의 일정한 궤도를 돌고 있다.
(5)	현대 : 전자가 원자핵 주위에 구름처럼 퍼져 운동하고 있다.

2.

원자의 크기

(1)	원자의 크기 : 물질의 단위 입자인 원자는 너무 작아서 눈으로 볼 수 없을 뿐만 아니라 그 크기를 측정하는 것은 매우 어려운 일이다. 여러 가지 원자들 중에서 가장 작은 것은 수소이다.

①	수소 원자의 지름 : 지름이 (100억 분의 1) 정도이며, 1m의 길이에 100억 개의 원자가 늘어설 수 있다.
②	수소 원자의 질량 : 수소 원자 1개의 질량은 정도이며, 수소 원자 개 정도가 모여야 1 이 된다.

(2)	원자의 크기 비교 : 원자의 크기를 확대해 고무공으로 생각한다면, 고무공은 지구만한 크기로 보일 것이다.

3.

원자 모형

(1)	모형 : 우리의 눈으로 직접 볼 수 없는 자연 현상을 설명하기 위하여 여러 가지 관찰과 실험을 통해 얻은 정보를 종합하여 눈으로 직접 볼 수 있고 생각하기 쉬운 구체적인 대상으로 바꾸어 놓은 것을 모형 이라고 한다.

①	모형의 수정 : 모든 모형은 정보를 토대로 만들었기 때문에 새로운 사실이 발견되어 그 모형으로 설명할 수 없는 경우에는 새로운 모형을 만들거나 수정하여야 한다.
②	모형의 형성 과정 : 정보 수집(실험 관찰)→상상 예측→모형 구성→확인 검증→완성된 모형

(2)	모형을 사용하는 이유

①	눈으로 볼 수 없는 작은 것도 눈으로 볼 수 있고 실제로 조작할 수 있는 것으로 나타내므로 이해하기 쉽게 만든다. (예) 원자 모형, 분자 모형
②	너무 커서 조작하기 어려운 사물이나 현상을 축소하여 제시함으로써 현상을 설명하기 쉽게 만든다. (예) 천체 모형, 지구의 등
③	실제 실험이 어려운 경우 모형을 사용하여 실험해 봄으로써 실제 일어나는 현상을 관찰하기 쉽게 만든다. (예) 비행기 성능 실험, 우주선 비행 실험 등

(3)	원자 모형 : 원자는 너무 작아서 눈으로 볼 수 없기 때문에 원자에 대한 정보를 종합하여 직접 눈으로 볼 수 있고 생각하기 쉬운 어떤 모형으로 만든 것이 원자 모형 이다.

①	원자설에 모순되지 않고 원자의 성질을 나타낼 수 있으면 어느 것이나 원자 모형이 될 수 있다.
②	한 원소의 원자 모형은 그 모양뿐만 아니라 크기 및 질량이 똑같아야 한다.

4.	원자 모형으로 나타낸 화학 반응

(1)	원자 모형과 화학 변화 모형 : 물질을 구성하고 있는 원자는 화학 변화가 일어나더라도 근본적으로 변하지 않고 원자들의 배열 상태만 변한다. 즉, 원자는 어떠한 화학 변화가 일어나더라도 원자의 종류와 수 및 질량은 변하지 않고, 다만 이들이 새롭게 배열될 뿐이다. 구리와 산소가 반응하여 산화구리(Ⅱ)가 되는 화학 반응을 원자 모형으로 나타내면 다음과 같다.

(2)	원자 모형과 질량 보존의 법칙 : 돌턴의 원자 모형에 따르면 원자는 없어지지 않고, 또 다른 원자로 변하지도 않기 때문에 반응 전후의 원자의 수도 변하지 않는다. 이와 같이 화학 변화 전후에 원자의 종류와 수가 그대로 보존되기 때문에 전체 질량도 변하지 않고 보존된다. 즉, 질량 보존의 법칙이 성립하는 것이다.

①	화합에서의 질량 보존 : 철과 황이 화합하면 황화철(Ⅱ)이라는 화합물이 생긴다. 이 때 철 원자 1개와 황 원자 1개씩이 화합하여 황화철(Ⅱ)이 생긴다면 다음과 같은 여러 가지 모형으로 나타낼 수 있다.

위의 그림에 의하면 화학 변화 전의 철 원자 1개, 황 원자 1개가 화학 변화 후에도 철 원자 1개, 황 원자 1개로 있으므로 화학 변화 전후의 원자의 종류와 수는 변함이 없다. 따라서 질량 보존의 법칙이 성립한다.

②	분해에서의 질량 보존 : 산화수은 가루를 가열하면 수은과 산소로 분해된다. 산화수은이 수은 원자 1개와 산소 원자 1개가 화합하여 이루어졌다면, 다음과 같은 모형으로 나타낼 수 있다.

위의 그림에서와 같이 화학 변화 전후의 수은 원자와 산소 원자의 종류와 수는 변하지 않으므로 전체 질량도 변하지 않는다. 즉, 질량 보존의 법칙이 성립한다.

③	와 의 화합 모형과 질량의 보존 : 핀 1개의 질량을 10 , 고리 1개의 질량을 5 이라 하고 다음 그림의 A, B, C처럼 , , 를 만들 때 이들의 질량 관계가 어떻게 되는지 알아보자.

위의 그림에서 와 가 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3으로 결합한 A, B, C에서 결합하기 전의 와 의 질량은 이들이 결합한 후의 , , 의 질량과 같다. 즉, 질량 보존의 법칙이 성립한다.

(3)	원자 모형과 일정 성분비의 법칙 : 돌턴의 원자 모형에 따르면, 원자들이 다른 원자와 결합하여 화합물이 될 때에는 일정한 비율로 결합하게 되므로 이들의 질량비도 일정하다. 즉, 모든 화합물을 구성하는 각 원자 간의 성분비가 일정하다. 따라서 일정 성분비의 법칙이 성립하는 것이다.

①	화합 반응의 원자 모형 : 구리를 공기 중에서 가열하면 구리 원자는 공기 중의 산소 원자와 화합하여 산화구리(Ⅱ)가 되는데, 산화구리(Ⅱ)를 구성하는 구리 원자 수와 산소 원자 수의 비는 항상 1:1이다. · 구리+산소→산화구리(Ⅱ)

위의 그림에서와 같이 구리 원자와 산소 원자는 언제나 1 : 1의 비율로 결합하므로, 돌턴의 원자 모형에 의하여 구리 원자와 산소 원자의 질량비도 일정하다. 따라서 일정 성분비의 법칙이 성립한다.

②	와 의 화합 모형과 일정 성분비의 법칙 : 핀 1개의 질량은 10 , 고리 1개의 질량은 5 이라고 할 때, 이들이 다음 그림의 A, B에서와 같이 와 가 1개씩, 또는 2개씩 결합하여 를 만들 때 와 의 질량비가 어떻게 되는지 알아보자.

위의 그림에서 와 가 1개씩 결합하여 1개의 를 만들거나 와 가 2개씩 결합하여 2개의 를 만들거나 와 의 질량비는 항상 2 : 1로 일정하다. 즉, 일정 성분비의 법칙이 성립한다.

5.

원자의 구성

(1)	원자핵과 전자 : 원자는 양성자와 중성자가 모여 있는 원자핵 과 원자핵을 둘러싸고 있는 전자 로 구성되어 있다. 원자핵 속의 양성자는 양(+)전하를 띠며, 전자는 음(-)전하를 띠고 있는데, 양성자와 전자의 전기량은 똑같기 때문에 원자는 전기적으로 중성을 나타낸다.

(2)	원소의 종류 : 원소마다 가지고 있는 양성자의 수가 다른데 수소는 양성자 1개를, 헬륨은 2개를 가지고 있다. 이와 같이 원자핵에 들어 있는 양성자의 수에 따라 원자의 종류가 달라지는데, 현재까지 발견된 원소는 원자핵에 양성자를 106개까지 가지고 있는 것이다.

원소

1.

물질관의 변화

(1)	고대 과학자의 물질관

①	탈레스(B.C. 624∼546) : 고대 그리스의 철학자로, 만물의 근원은 물이라고 주장하였다. 이와 같이 하나의 물질이 만물의 근본 바탕이라고 주장하는 학설을 일원론이라고 한다.

②	엠페도클레스(B.C. 483∼435) : 고대 그리스의 철학자로, 만물의 근원은 흙, 물, 불, 공기의 네 가지라고 주장하였다(4원소설). 이들 기본 요소는 결코 생성되거나 소멸되지 않으며 이 네 가지 기본 요소가 혼합될 때 그 비율이 다르게 결합되므로 성질이 다른 물질이 만들어진다고 생각하였다.

③	아리스토텔레스(B.C. 384∼322)

㉠

엠페도클레스의 생각을 발전시킨 4원소설을 주장하였다.

㉡

네 가지 원소는 따뜻함(온)과 차가움(냉), 그리고 건조함(건)과 축축함(습)의 네 가지 기본 성질 중 두 가지를 가지고 있다고 보았다.

예)	흙(건+냉), 물(습+냉), 불(건+온), 공기(습+온)

㉢

네 원소는 기본 성질의 조합이 달라지면 서로 변환될 수 있다(원소 변환 가설).

예)	물에 불이 작용하면 공기가 된다. 불이 식으면 흙이 된다.

④	데모크리토스 : 5행설

㉠	동양에서는 자연 현상을 5행(토, 목, 화, 금, 수)의 원리로 설명하고 있다(5원소설).
㉡	서양의 4원소에는 없는 생물체인 나무(목)를 포함시킨 것으로 보아 자연과의 관계를 훨씬 친숙한 관계로 생각하였다.
㉢	5행설은 자연과 인간의 구성과 변화를 설명하는 기본 원칙이 되었으며, 일상 생활의 모든 분야에 걸쳐 이용되었다(인체의 구조, 계절의 변화, 인간의 감정 등).

(2)

연금술

①	중세 서양의 연금술

㉠	납과 같은 값싼 금속을 값비싼 금으로 만들려는 방법을 말한다.
㉡	3원소설 : 모든 금속은 수은과 황의 결합에서 생성되며, 두 성분의 비율이 맞으면 금이 생성된다고 생각하였다. 여기에 소금이 더해져 3원소설이 생겨났다. [연금술사의 실험실]

②	중세 동양의 연금술(연단술)

㉠	여러 가지 광물과 약을 혼합하여 불로장생약(금단)을 만들려는 방법이다.
㉡	수은(변화의 상징)과 금(불변의 상징)을 기본 물질로 생각하였다.

③	연금술의 부산물 : 실험 과학의 기초가 되어 근대 공업의 발달에 기여하였다. 연금술사들의 꾸준한 노력 결과, 실험 기구(증류기, 도가니, 플라스크, 여과기 등)와 실험 기술 (증류, 결정)이 발달하게 되었고, 여러 가지 약품(알코올, 에테르, 질산, 황산, 비누, 알칼리 등)이 개발되었다.

(3)

플로지스톤설

①	물질이 연소할 때 물질로부터 플로지스톤(그리스어로 불타는 것)이 나간다는 설로 독일의 과학자 벡체르와 슈탈이 주장하였다.
②	금속이 가열되면 플로지스톤을 잃고 금속회라는 가루 모양의 찌꺼기를 남긴다고 했는데, 일종의 분해였다.
③	프리스틀리의 산소 발견과 라부아지에의 연소 이론, 즉 물질의 연소는 산소와의 결합임이 실험으로 입증되어 플로지스톤설은 거짓임이 밝혀졌다.

(4)

새로운 원소관

①	보일 : 17세기에 영국의 보일(Boyle, R. ; 1627∼1691)은 '원소는 어떤 방법에 의해서도 그 이상으로 나눌 수 없는 것으로서, 실험에 의해 결정되어야 한다.'는 새로운 원소관을 제창하였다.
②	18세기 말에 프랑스의 라부아지에(Lavoisier, A.L. ; 1743∼1794)는 질량 보존의 법칙으로부터 연소란 공기 중의 산소와 결합하는 현상이라는 연소설을 내어 놓음으로써 플로지스톤설이 무너지게 되었다. 그는 그 당시의 수단으로 더 이상 분해할 수 없는 물질을 원소라고 정의하고 33종의 원소를 제시하였다. 라부아지에의 원소표에는 빛과 열이 포함되어 있고 그 당시 기술로는 분해할 수 없었던 석회(산화칼슘), 알루미나(산화알루미늄), 실리카(이산화규소) 등의 몇 가지 화합물이 포함되어 있었다.

(5)	물질에 대한 두 가지 입장

①	연속설 : 입자는 무한히 계속 작게 쪼개질 수 있으며, 자연에서 진공 상태는 존재하지 않는다.
②	입자설(불연속설)

㉠	물질을 쪼개면 더이상 쪼개지지 않는 입자가 남게 되고, 입자 사이에는 빈 공간이 존재한다.
㉡	데모크리토스가 주장하였으며 후에 원자설로 발전하였다.

2.

원소

(1)

물질에 대한 두 가지 입장원소 : 산화은을 가열하면 은과 산소로 분해되며 물을 전기 분해하면 수소와 산소로 나 누어진다. 그러나 이 때 산화은이나 물이 분해되어 생긴 산소, 수소, 은, 수은 등은 더 이상 다른 성분으로 분해되지 않는다. 산소, 수은, 수소, 은 등과 같이 어떠한 화학 변화로도 두 가지 이상의 다른 물질로 나눌 수 없는 물질을 구성하는 기본이 되는 성분을 원소라고 한다. 오늘날 우리가 알고 있는 원소의 종류는 약 100여 종에 이르는데, 이들 원소는 자연계에 홀로 존재하거나 두 개 이상이 화합하여 수많은 물질을 만들기도 한다.

(2)	혼합물, 화합물 및 원소 : 소금물을 가열하면, 물은 증발하고 고체 염화나트륨이 남는다. 따라서 소금물은 염화나트륨과 물의 혼합물이다. 물을 전기 분해하면 수소와 산소가 발생하며, 액체 염화나트륨을 전기 분해하면 염소와 나트륨이 생긴다. 그러므로 물과 염화나트륨은 화합물이다. 물과 염화나트륨으로부터 생긴 수소, 산소, 염소 및 나트륨은 더 이상 다른 물질로 분해되지 않으므로 원소이다.

3.

원소 기호

원소를 이름으로 나타내는 대신 기호를 사용하여 나타낸 것을 원소 기호라고 한다.

(1)	고대원소 기호 : 물질을 기호로 나타내는 일은 예로부터 행해졌는데, 금속 7원소를 7가지 별에 비유하여 기호로 나타낸 것은 매우 오래 전의 일로 고대 이집트인은 이미 이 기호를 써 왔으며, 이들 기호는 어느 정도의 변화는 있었지만 중세 연금술에 이르기까지 상당히 오래 쓰여졌다.

(2)	돌턴의 원소 기호 : 19세기 초에 영국의 과학자 돌턴은 그 때까지 알려졌던 원소를 간단한 그림으로 된 기호로 나타내었다.

(3)	오늘날의 원소 기호

①

스웨덴의 과학자 베르셀리우스는 그림으로 나타낸 돌턴의 원소 기호가 사용하기 불편하여 문자로 된 원소 기호를 사용할 것을 제안하였다.

예)	산소 : O, 수소 : H, 질소 : N, 구리 : Cu

②

원소의 이름을 그리스어나 라틴어로 나타낸 알파벳의 첫글자, 또는 첫글자와 중간 글자 중의 적당한 글자를 함께 따서 나타내며, 최근에 발견된 원소는 주로 영어에서 따온 것을 세계 공통으로 사용한다. 또한 원소 기호를 쓸 때 한 글자로 된 원소 기호는 반드시 대문자로 쓰고, 두 글자로 된 원소 기호는 첫번째 글자는 대문자, 그리고 두 번째 글자는 소문자로 쓴다.

예)	수소(Hydrogen) : H, 산소(Oxygen) : O, 탄소(Carbonicum) : C, 코발트(Coboltum) : Co, 철(Ferrum) : Fe, 구리(Cuprum) : Cu

[표] 원소의 이름과 원소 기호

원소 이름	원소 기호	원소 이름	원소 기호	원소 이름	원소 기호	원소 이름	원소 기호
구리	Cu	수소	H	은	Ag	칼슘	Ca
나트륨	Na	수은	Hg	인	P	코발트	Co
납	Pb	아르곤	Ar	주석	Sn	크롬	Cr
마그네슘	Mg	아연	Zn	질소	N	탄소	C
망간	Mn	알루미늄	Al	철	Fe	플루오르	F
바륨	Ba	염소	Cl	카드뮴	Cd	헬륨	He
산소	O	요오드	I	칼륨	K	황	S

4.	금속 원소와 비금속 원소

(1)

금속 원소 : 대부분이 상온에서 금속 광택을 나타내는 고체(예외 : 수은은 액체)이고, 전기를 잘 통하며 산에 녹는 것이 있다.

예)	나트륨, 마그네슘, 은, 구리 등

(2)

비금속 원소 : 상온에서 기체 또는 고체(예외 : 브롬은 액체)이고, 전기를 통하지 않으며 산과 반응하기 어렵다.

예)	산소, 수소, 질소, 황 등

5.	우리 몸을 이루는 성분 원소와 지각을 이루는 성분 원소

(1)	우리 몸의 주성분 원소는 산소, 탄소, 수소이며, 질소나 칼슘 등도 일부 포함되어 있다. 다음 그림은 우리 몸을 이루는 주성분 원소를 나타낸 것이다.

(2)	지각을 이루는 주성분 원소는 산소, 규소, 알루미늄이며, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨 등이 일부 포함되어 있다.

---

불꽃 반응

1.

원소의 구별 방법

(1)

원소의 특성 조사 : 원소의 녹는점, 밀도, 용해도, 색깔 등의 특성을 조사하여 원소를 구별한다.

예)	· 철 : 은백색의 광택이 나며, 녹는점이 1537℃이다. · 구리 : 붉은색의 광택이 나며, 밀도가 8.99 이다.

(2)	불꽃색 관찰 : 어떤 원소 또는 그 원소를 포함한 화합물의 양이 적을 때에는 시료를 백금선이나 니크롬선에 묻혀 겉불꽃 속에 넣을 때 원소의 종류에 따라 각각 특유의 불꽃색이 나타나는 것을 보고 원소를 구별한다.

(3)	스펙트럼 분석 : 불꽃 반응의 불꽃색이 비슷할 때에는 분광기로 불꽃색을 분산시켜 얻은 스펙트럼을 조사하여 원소를 확인한다.

2.

불꽃 반응

어떤 물질을 겉불꽃 속에 넣으면 그 속에 포함된 원소의 종류에 따라 특유한 불꽃색이 나타난다. 이러한 성질을 이용하여 원소를 구별하는 방법을 불꽃 반응이라고 한다.

(1)	원소의 불꽃색 : 화합물 속에 포함된 원소의 종류가 같으면 같은 색의 불꽃이 나타난다.

[표] 원소의 불꽃색

원소	리튬(Li)	나트륨(Na)	칼륨(K)	칼슘(Ca)	스트론튬(Sr)	바륨(Ba)	구리(Cu)
불꽃색	짙은 빨강	노랑	붉은 보라	주황	짙은 빨강	황록	청록

---

스펙트럼

1.

스펙트럼

분광기를 통하여 햇빛을 관찰해 보면 무지개색을 띠고 있는 색의 띠를 볼 수 있는데, 이 때 빛이 분산되는 색의 띠를 스펙트럼 이라고 한다.

(1)	연속 스펙트럼 : 태양이나 벽열 전등에서 얻는 스펙트럼과 같이 연속적으로 나타나는 색깔의 띠를 연속 스펙트럼 이라고 한다. [연속 스펙트럼(백열 전등)]

(2)	선스펙트럼 : 나트륨을 포함하는 화합물의 불꽃 반응을 분광기로 관찰해 보면 노란색의 선만이 나타나는데, 이러한 스펙트럼을 선스펙트럼 이라고 한다. 원소의 스펙트럼은 모두 선스펙트럼이며, 각각의 원소에 따라 선의 색깔과 위치가 다르다. [선스펙트럼(카드뮴, 수은, 수소)]

2.

스펙트럼 분석

어떤 원소의 불꽃 반응을 분광기를 통하여 관찰하면 독특한 색의 선스펙트럼이 나타난다. 이 선스펙트럼을 조사하면 그 원소를 알아낼 수 있다.

(1)	나트륨의 선스펙트럼 관찰 : 나트륨의 스펙트럼에서 나타나는 노란색의 선은 나트륨 원소만이 나타내는 특유한 선이다. 따라서 어떤 화합물의 불꽃 반응을 분광기로 관찰할 때 노란색의 선이 스펙트럼에 나타났다면 그 화합물에 나트륨 원소가 들어 있다는 것을 알 수 있다. [나트륨의 선스펙트럼]

(2)	스트론튬과 리튬의 스펙트럼 관찰 : 스트론튬과 리튬의 불꽃 반응의 색은 둘 다 붉은색이므로 불꽃 반응으로는 구별하기 힘들다. 그러나 이 불꽃을 분광기를 통해서 보면 스펙트럼에서 나타나는 선의 위치, 수, 굵기 등이 각각 다르게 나타나므로 쉽게 구별할 수 있다. [스트론튬과 리튬의 스펙트럼 비교]

(3)	원소의 구별과 스펙트럼 : 불꽃 반응으로 구별하기 어려운 원소나 매우 적은 양의 물질속의 원소도 스펙트럼을 조사하면 쉽게 구별할 수 있다.

(4)	화학 변화와 원소의 스펙트럼 : 화학 변화가 일어난 후에도 원소의 스펙트럼이 그대로 나타나는 것으로 보아 원소는 화학 변화가 일어나도 변하지 않는다는 것을 알 수 있다.

분자와 분자식

1.

화학식

원소 기호를 사용하여 물질의 조성을 나타낸 것을 화학식 이라고 한다. 화학식에는 분자식, 실험식, 시성식 등이 있다.

(1)

분자식 : 분자로 되어 있는 물질의 경우 분자 1개의 구성 원자의 종류와 개수를 나타낸 식이다.

예)

, , ,

(2)

실험식 : 이온성 화합물과 같이 결정 속에서 분자를 찾아 낼 수 없는 경우에 화합물 중의 원자의 종류와 원자 수를 가장 간단한 정수비로 나타낸 식이다.

예)

,

(3)

시성식 : 분자의 성질을 나타낼 수 있는 작용기를 사용하여 나타낸 식이다.

예)

,

2.

분자의 종류

(1)

단원자 분자 : 원자 하나가 분자 한 개를 이루는 것

예)	헬륨(He), 네온(Ne) 등

(2)

2원자 분자 : 두 개의 원자가 분자 한 개를 이루는 것

예)	산소( ), 염소( ), 염화수소(HCl), 일산화탄소(CO) 등

(3)

3원자 분자 : 세 개의 원자가 한 개의 분자를 이루는 것

예)	물( ), 오존( ), 이산화탄소( ), 황화수소( ) 등

(4)

고분자 : 분자량이 10000 이상인 탄소 화합물

예)	플라스틱, 합성 수지, 고무 등

3.	분자의 집합 가능 방식

분자들은 간단히 존재하는 것이 아니라 물질의 종류에 따라 각각 다르게 존재한다.

(1)	그림 ㈎의 경우 : 두 종류의 원자들이 쌍을 이루어 하나의 분자를 이루고 있으며 각 분자들은 공간에서 독립된 상태로 있다.

(2)	그림 ㈏의 경우 : 두 종류의 원자들이 각각 두 쌍씩 네 개의 원자가 모여 하나의 분자를 이루고 있으며 역시 각 분자들은 공간에서 독립된 상태로 있다.

(3)	그림 ㈐의 경우 : 몇 개의 원자들이 모여 하나의 분자를 이루고 있는지 분명하지 않으므로 이 경우는 전체를 하나의 큰 분자 덩어리로 생각한다.

(3)	그림 ㈎, ㈏는 기체 분자의 집합 모형, 그림 ㈐는 고체 분자의 집합 모형과 같다.

4.

분자

(1)

분자 : 물질을 끝없이 쪼개어 나갈 때 마지막으로 그 물질의 고유한 성질을 가지는 가장 작은 알갱이에 이르는데, 이 알갱이를 분자 라고 한다.



분자는 같은 종류의 원자끼리 결합하여 분자를 이루거나 다른 종류의 원자와도 결합하여 분자를 이룬다.

예)	· 수소 분자 : 수소 원자 2개 · 산소 분자 : 산소 원자 2개 · 물 분자 : 수소 원자 2개+산소 원자 1개 · 이산화탄소 분자 : 탄소 원자 1개+산소 원자 2개 · 암모니아 분자 : 질소 원자 1개+수소 원자 3개

(2)

분자의 성질

①

분자는 그 물질의 성질을 가진 가장 작은 알갱이이다.

②

분자는 더 작은 알갱이인 원자로 나누어질 수 있다.

③

분자가 원자로 나누어지면 그 물질 고유의 성질을 잃는다.

예)	물 분자를 분해하면 수소와 산소로 나누어져서 물 본래의 성질을 잃게 된다.

(3)	분자를 나타내는 방법

①

글자로 나타내는 방법 : 물질을 문자로 나타내면 세계 모든 사람이 알아볼 수 없고 양을 나타내거나 반응식을 나타낼 때에도 불편하다.

예)	물, 암모니아, 산화구리, 과산화수소

②

모형으로 나타내는 방법 : 물질의 모양을 알아보기는 쉬우나 수많은 물질을 모형으로 나타내는 것은 매우 힘들 뿐만 아니라 물질을 구별하기 어려운 것이 많이 생기고 반응식을 나타낼 때에도 불편하다.

③

원소 기호를 써서 나타내는 방법 : 원소 기호로 물질을 나타내면 세계 모든 사람이 알아볼 수 있고, 양을 나타내거나 반응식으로 나타낼 때에도 아주 편리하다.

예)	질소 : , 이산화탄소 : , 물 : , 암모니아 :

5.

분자식

(1)	분자식 : 원소 기호와 원자 수를 숫자로 써서 분자 1개가 어떤 원자 몇 개로 구성되었는가를 나타낸 식을 분자식 이라고 한다.

(2)

분자식을 쓰는 법

①	분자를 이루고 있는 원자의 원소 기호를 모두 쓴다.
②	분자를 이룬 원자의 수를 원소 기호의 오른쪽 아래에 작은 숫자를 써서 나타낸다.

[표] 중요한 물질의 분자식

물질	분자식	물질	분자식	물질	분자식
수소		물		염화수소
산소		과산화수소		암모니아
질소		일산화탄소		메탄
염소		이산화탄소		에탄올

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아보가드로의 법칙

아보가드로의 법칙

기체 반응의 법칙을 설명하기 위하여 발표되었던 아보가드로의 가설은 많은 과학자들의 연구 결과, 실제로 아보가드로의 가설에 알맞게 분자들이 존재한다는 것이 증명되어 이를 법칙으로 부른다.

(1)	아보가드로의 법칙 : ‘온도와 압력이 같으면 모든 기체는 같은 부피 속에 항상 같은 수의 분자를 포함한다.’

(2)	모형으로 나타낸 아보가드로의 법칙 : 모형으로 아보가드로의 법칙을 설명해 보면 다음 그림과 같이 같은 부피 속에는 같은 수의 수소 분자, 산소 분자, 그리고 물 분자가 각각 들어 있다.

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기체 반응의 법칙과 분자 모형

1.	기체 반응에서의 부피 변화

(1)	물의 전기 분해 및 합성에서의 부피 관계

①	물의 전기 분해 : 물을 전기 분해하면 수소 기체와 산소 기체가 2 : 1의 부피비로 발생한다.
②	물의 합성 : 수소 기체와 산소 기체가 화합하여 수증기가 합성될 때 그 부피비는 2 : 1 : 2가 된다. 즉, 수소 기체 2부피와 산소 기체 1부피를 섞어 반응시키면 2부피의 수증기가 생성된다. 수소+산소→수증기(부피비 = 2 : 1 : 2)
③	물의 합성 반응의 부피 모형 : 물의 분해나 합성 반응에서 수소 기체나 산소 기체의 부피비는 항상 2 : 1이다. 따라서 물의 합성 반응에서의 부피 관계를 모형으로 나타내면 다음 그림과 같다.

(2)	암모니아가 생성될 때의 부피 관계 : 질소 1부피와 수소 3부피가 반응하면 암모니아 2부피가 생성된다. 즉, 반응하는 질소와 수소 및 생성되는 암모니아의 부피비는 1 : 3 : 2의 간단한 정수비가 된다.

(3)	기체 반응의 법칙 : 위 반응에서의 부피 관계와 같이 ‘온도와 압력이 같을 때 반응하는 기체와 생성되는 기체의 부피 사이에는 언제나 간단한 정수비가 성립된다.’ 이것을 기체 반응의 법칙 이라고 하는데, 1808년 프랑스의 과학자 게이 뤼삭이 주장하였다.

2.	기체 반응의 법칙과 원자 모형

(1)	원자 모형에 의한 기체 반응의 법칙 설명 : 돌턴의 원자설에 의하면 두 가지 원소가 화합하여 화합물을 만들 때 각 성분 원소의 원자 수의 비는 일정하다. 수소 2부피와 산소 1부피가 화합하여 수증기 2부피가 생성되는 반응을 원자 모형으로만 설명하면 다음 그림과 같다.

①	반응 전후의 원자 수는 같기 때문에 질량 보존의 법칙과 일정 성분비의 법칙에는 어긋나지 않는다.
②	그러나 산소 원자가 반 개씩 두 조각으로 쪼개져서 수소 원자와 결합하고 있기 때문에 ‘원자는 더 이상 쪼갤 수 없는 입자’라고 보는 돌턴의 가정에 어긋나기 때문에 원자설만으로는 기체 반응의 법칙을 설명할 수 없다.

(2)	기체 반응의 법칙을 설명하기 위한 새로운 모형과 가설 : 기체 반응의 법칙을 설명하기 위하여 또 다른 모형을 구상할 필요성이 있음을 알게 되어 아보가드로는 원자 모형에 바탕을 둔 분자 모형과 아보가드로의 가설을 발표하였다.

3.	기체 반응의 법칙을 설명하기 위한 새로운 모형과 가설

(1)	아보가드로의 가설 : 이탈리아의 과학자 아보가드로는 돌턴의 원자설을 만족시키면서 기체 반응의 법칙을 설명하기 위하여 ‘온도와 압력이 같으면 모든 기체는 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함한다.’라는 가설을 제안하였다.

(2)	아보가드로의 분자 모형 : 아보가드로의 가설에 의하면 원자들이 몇 개씩 결합하여 분자를 만든다.

4.	기체 반응의 법칙과 분자 모형

수소 기체와 산소 기체가 2개의 원자로 구성되어 있다고 가정하면, 아보가드로의 법칙을 써서 수소와 산소가 반응하여 수증기가 생성될 때의 반응 모형을 다음과 같이 나타낼 수 있다.



위의 반응 모형을 사용하면 다음의 법칙들을 잘 설명할 수 있다.

(1)	원자는 더 이상 쪼갤 수 없다는 원자 모형에 어긋나지 않는다.

(2)	수소와 산소 및 수증기의 부피비가 2 : 1 : 2이므로, 기체 반응의 법칙이 설명된다.

(3)	반응 전후의 각 원소의 원자 수가 같으므로, 질량 보존의 법칙이 성립된다.

(4)	수소 2원자와 산소 1원자가 결합하여 수증기 1분자가 되므로, 일정 성분비의 법칙이 성립된다.

이와 같이, 분자 모형과 아보가드로의 가설을 이용하면 기체들이 관여하는 화학 반응에서 기체 반응의 법칙은 물론 질량 보존의 법칙과 일정 성분비의 법칙을 설명할 수 있다.

[싱싱배추]

烏竹軒님 위에 '돌턴의 원자설'에서요 3번 '한 원소의 원자는 다른 원소의 원자로 바뀌거나, 없어지거나, 새로 생겨나지 않는다'가 아니라 '화학적 방법으로 한 원소의 원자는 다른 원소의 원자로 바뀌거나, 없어지거나, 새로 생겨나지 않는다'가 맞지 않나요? 요즘 핵반응으로 원소를 다른 원소로 바꿀 수 있다고 한다는데요...

[한결이]

내가 배운것에 조금더 지식을 더하게 됐네요~~감사드립니다..

[kmg0428]

ㅎㅎㅎ 감사합니닷!