① 분자 모형 만들기
․ 물(H₂O)분자 - 물은 산소원자 1개와 수소원자 2개가 104.5°로 결합하여 생성된다.
․ 메탄(CH₄)분자 - 메탄은 유기물이 썩을 때 발생한다. 방귀로도 나오고, 아마존밀림이나 음식물 썩은 것에서도 나오고 있다.
․ 메탄올(CH₃OH)분자 - 가장 간단한 알코올은 메탄올(메틸 알코올)이다. 실험실의 알코올램프의 원료로 사용된다.
․ 에탄올(C₂H₅OH)분자 - 보통 알코올이라 부르는 술에 들어있는 에탄올을 말한다. 마셔도 죽지는 않고 단지 취할 뿐이다. 대체로 강아지 모양이다.
․ 암모니아(NH₃)분자 - 암모니아는 시골 화장실에서 쉽게 맡을 수 있는 기체로 공기 속에 약간 있고 흙 속에서 유기물의 부패로 생성된다.
② 이산화탄소의 승화열
․ 에너지 ; 일을 할 수 있는 능력 또는 열을 공급할 수 있는 능력
┌ 운동 에너지 ; 1/2 mv² (=1/2 x kg x (1m/s)² = 1J
└ 퍼텐셜 에너지
․ 에너지 보존 법칙 - 에너지는 창조, 파괴 될 수 없다.
․ 열역학 제 1 법칙 - 고립계의 내부에너지는 일정하다.
․ 열 - 온도차에 의해서 전달되는 에너지
․ 열량계 - 화학 변화가 일어날 때 흡수되거나 방출되는 열을 측정하는 장치
․ 물 1g의 온도를 1℃ 높이는데는 4.18J의 열이 필요하다.
․ 컵 속에 Wg의 물이 들어있었고, Yg의 드라이아이스가 승화하면서 물의 온도가 △T만큼 떨어졌다면, 이 때 드라이아이스가 흡수한 열의 양 Q는
Q = 4.18(J/℃g) W(g) △T(℃)
으로 주어지고, 드라이아이스 1g의 승화열은
△H승화 = Q(J) / Y(g)
로 계산된다.
․ ┌ 비열 ; 어떤 물질을 1g (or 1kg)을 1℃ 올리는데 필요한 열량
=> 단위 ; cal/g, kcal/g
└ 열용량 ; 비열 x 질량 - 어떤 물질 1℃ 올리는데 필요한 열량
=> 단위 ; cal
③ 아보가드로 수의 결정
․ 아보가드로 수 (Avogadro's number, NA = 6.022 x 10²³) - 질량수가 12인 탄소 12g에 들어있는 탄소 원자의 수
․ 1몰 (mole) - 아보가드로 수 만큼에 해당하는 원자나 분자
․ 아보가드로 수는 탄소 원자 1몰이 차지하는 부피(Vm)와 탄소 원자 하나가 차지하는 부피(V₁)을 알면
NA = Vm / V₁
을 이용해서 얻을 수 있다.
․ 스테아르산 (Stearic acid, CH₃(CH₂)₁₆COOH) - 무극성을 나타내는 긴 탄화수소 사슬( CH₃(CH₂)₁₆ --)의 끝에 극성을 나타내는 카복실기(-COOH)가 붙어있는 막대기처럼 생긴 분자이다.
․ 단층막 (Monolayer) - 물 이에 스테아르산을 충분히 떨어뜨리면 카복실기가 물쪽으로 향하고 무극성의 탄화수소 사슬이 물층 위로 서있는 단분자층의 막이 형성되는 것을 말함.
④ 몰질량의 측정
․ 몰질량 - 1mol에 해당하는 질량
-> 계산방법 ; ex) CH₄= C(분자량12) + H(분자량1) x 4 = 16
․ 보일의 법칙 - PV = K (V∝1/P)
․ 샤를의 법칙 - V ∝ T
․ 아보가드로의 법칙 - V ∝ n(몰수)
===> 세가지 법칙을 합치면 이상기체 상태방정식 PV = nRT
(R=0.082 n=W(분자량)/M(질량))
․ 이상기체 - 이상기체 상태방정식을 만족시키는 기체
․ 1atm = 760mmHg = 760 torr = 1.01325 bar = 101325 Pa
․ T =℃ + 273.15
․ R = 0.082 atm L / mol K
․ 실제기체가 이상기체처럼 되기 위해서 = STP 표준상태가 되어야 한다.
-> STP - Standard Temperature & Pressure (0℃ 1기압)
| 이상기체 | 실제기체 | |
| 질량 | O | O |
| 부피 | X | O |
| 인력 | X | O |
⑤ 인산의 적정과 완충 용액
․ ┌ 산 - H+를 내는 용액
└ 염기 - OH-를 내는 용액
․ Lewis ┌ 산 - 전자쌍 받개 ․ Brost ┌ 산 - 양성자 주개
└ 염기 - 전자쌍 주개 └ 염기 - 양성자 받개
․ 완충작용 - 산․ 염기를 넣어주어도 pH변화가 없는 작용
․ 완충용액 - 완충작용을 가진 용액
․ 다양성자산 - 한 개보다 많은 양성자를 제공할 수 있는 Bronsted산
․ 종말점, 당량점(=중화점), 적정액
-> 당량과 종말의 차이 ; 적정오차
․ 완충용액의 pH는 헨더슨-하셀발치(Henderson-Hasselbalch)식으로 주어진다.
pH = pKa + log[A-]/[HA]
(Ka ; 산해리상수, pKa = -logKa)
․ 르 샤틀리에의 원리 (Le Chatelier's principle) - 평형이동의 법칙이라고도 한다. 평형상태에 있는 물질계의 온도 또는 압력을 바꾸었을 때, 그 평형상태가 어떻게 이동하는가를 보여주는 원리이다. 열역학적으로 평형상태에 있는 계의 외부로부터 어떤 작용이 가해졌을 때, 평형은 그 작용에 의한 영향을 약화시키는 방향으로 변화한다고 할 수 있다. 이 원리는 물리적 또는 화학적인 각종 변화에 대하여 적용된다.
⑥ 엔탈피측정
․ 에너지 ; 일을 할 수 있는 능력 또는 일을 공급 할 수 있는 능력
․ 엔탈피 ; 일정 압력하에서 계에 출입하는 열량 (H)
H = H최종 - H처음
┌ 발열반응 ; △H < 0
└ 흡열반응 ; △H > 0
․ 엔트로피 ; 계의 무질서도
- 에너지 보존 법칙 ; 에너지는 창조되거나 파괴될 수 없다. 내부에너지의 양은 일정
- 열역학 제 1 법칙 ; = 에너지 보존 법칙
- 열역학 제 2 법칙 ; 자연계에서는 엔트로피가 증가하는 방식
․ Hess의 법칙 - 동일온도, 압력하에서, 화학변화가 진행되는 동안에 엔탈피의 변화는 반응전의 물질의 종류와 반응후의 물질의 종류가 같으면 반응 경로에 관계없이 일정하다.
․ 삼각플라스크와 수용액의 질량이 각각 W1과 W2이고, 열량계의 온도변화가 △T라면 열량계가 흡수한 열의 양(J)은 다음과 같이 주어진다.
Q = [4.18W1 + 0.85W2]△T
(물의 비열용량 ; 4.18 J/℃g 유리의 비열용량 ; 0.85 J/℃g)
⑦ 알코올의 정량 분석
․ 알코올의 산화과정
R(알킬기)의 개수 ┌ 1차 -(산화)-> 알데히드 -(산화)-> 카르복실기
├ 2차 -(산화)-> 케톤
└ 3차 (산화하지 않음)
․ Beer-Lambert법칙 - 복사선의 세기는 시료의 두께, 흡광도의 농도에 따라 지수함수적으로 증가한다.
T(투광도) = (I / I₀) X100
(I ; 흡수되지 않은 빛의 세기 I₀ ; 시료에 쪼여주는 빛의 세기)
A(흡광도) = εbc = -logT
(ε ; 흡광계수(mol) b(l) ; 시료의 두께 c ; 몰농도)
․ Spectronic 20 (분광광도계) - 광원 ; 텅스텐 // 최대 흡수 파장 ; 600nm
| X선 | 자외선 (UV) | 가시광선 (VIS) | 적외선 (IR) | MICRO |
| <------- | 190~400nm | 400~750nm | 800~1600nm | -------> |
<------------------------------------------------------------------------->
진동수 ↑ 에너지 ↑ 진동수 ↓ 에너지 ↓
⑧ 카페인의 추출과 분리
․ 추출 - 용매에 따라서 화합물이 녹는 특성이 큰 차이를 보이는 경우 사용하는 분리방법
․ 분배계수(K) - 물과 유기용매가 담긴 분별깔때기를 잘 흔들어주면 두 용매층사이에서 평형을 이루게되고, 이 때 두 층에서의 용질의 농도비를 분배계수라 한다.
K = A의 용해도 / B의 용해도
․ 카페인(Caffeine) - 커피, 홍차, 카카오등에서 발견되어 알카로이드라고 하는 천연 물질 중 하나이다. 흰색의 바늘모양 가루형태. 적당한 양의 카페인은 피로를 풀어주고, 감각기능을 높여주고, 졸음을 막아주는 효과도 있지만, 신경과민이나 수족의 떨림, 두통, 불면증을 유발하기도 한다.
-> 녹는점(M.P) ; 238℃
⑨ 분광기 만들기
․ 분광기 - 섞여있는 여러 가지 빛을 나누어 각각의 빛으로 분리하는 장치. 파장에 따라 빛을 나눈다.
┌ 프리즘 분광기 ; 파장에 따른 (굴절률)의 차이
└ 회절발 ; 빛의 간섭현상을 이용해 특정파장의 빛은 특정 보강 간섭하는 원리를 이용
(회절과 간섭을 이용하여 빛의 스펙트럼을 얻기 위한 장치)
․ ┌ 상쇄간섭 - 한 파동의 봉우리가 다른 파동의 바닥과 일치하면 두 파동은 서로 상쇄
-> 전체 파동은 약해짐
└ 보강간섭 - 봉우리와 봉우리, 바닥과 바닥이 일치하면 하나의 파동에 비하여 진폭은 2이지만 세기는 4배가 되는 경우
⑩ 천연 색소의 추출
․ 매염 - 섬유에 대해 염착성을 가지고 있는 염료로 염색할 때, 그 염료와 결합하여 유색화합물을 생성하는 약재로 처리하는 조작
․ 매염제 - 섬유에 대한 친화력이 부족하여 직접 섬유에 염색되지 않는 염료를 섬유에 연결시켜 염색
․ 염료┌분산염료 ; 반데르발스 인력, 정전기적 인력을 사용하여 염색
├ 반응염료 ; 화학반응을 이용하여 염색
└ 매염염료 ; 매염제를 이용하여 염색
․ 전이금속 - 원자의 전자배치에서 가장 바깥부분의 d껍질이 불완전한 양이온을 형성
┌ 알루미늄 ; 색상을 밝게 해줌. 전통적으로 많이 쓰임
├ 구리 ; 청록색
├ 철 ; 어두운색, 짙은 갈색, 흑색, 회색 등
├ 크롬 ; 색상을 밝게 해줌. 독성이 강해서 사용하지 않는 것이 좋음
└ 주석 ; 색을 선명하게 해줌