생각하는 공대생

이상기체(Ideal gas) 이상기체(Ideal gas, perfect gas)란 이론적으로만 존재하는 가상의 기체이며, 다음과 같은 조건을 만족한다. 1. 기체 분자 자체의 부피는 무시한다. 즉, 점입자로 취급한다. 2. 완전탄성충돌(운동량이 보존된다)을 제외한 분자간의 상호작용은 없다. 3. 분자의 움직임은 뉴턴의 운동법칙을 따르지만, 무작위적이고 불규칙적이다. 당연히 실제 기체는 분자의 부피도 있고, 완전탄성충돌도 아니며, 분자간의 인력이나 반발력 같은 상호작용을하므로 맞지 않지만, 높은 온도와 낮은 압력일수록, 무극성이면서 분자량이 낮을수록 더 정확하게 이상기체에 가까워진다. (헬륨은 실제기체중에서 이상기체에 가장 가깝다고 알려져 있다.) 이상기체 상태방정식(Ideal gas law) (P : 압..

기체반응의 법칙(Law of combining volumes) 기체반응의 법칙(Law of combining volumes)이란 동일한 온도와 압력하에서 반응하는 두 기체의 부피는 간단한 정수비로 되어 있다는 법칙이다. 또한 각 생성물의 부피와 반응 기체 중 어느 하나의 부피와의 비율도 간단한 정수비이다. 화학 반응식의 계수의 비 = 분자 수의 비= 기체의 부피의 비 19세기에는 분자의 개념이 아직 확립되지 않았기 때문에 기체 반응의 법칙을 원자 모형만으로 설명할 수 없었다. 예를 들어, 수소와 산소가 반응하면 수증기가 만들어지는데, 이때의 반응비는 2 : 1 : 2이다. 이것을 만족시키기 위해 원자 모형으로 설명하면 반응식이 2H+ O → 2HO½ 가 되어 산소 원자가 쪼개져야만 한다! 당연히 이것은 ..

아보가드로 법칙(Avogadro's law) 아보가드로 법칙(Avogadro's law)이란, 모든 기체는 같은 온도, 같은 압력에서 같은 부피속에 같은 개수의 입자를 갖는다는 법칙이다. 기체의 종류가 다르더라도 온도와 압력이 같다면 일정 부피 안에 들어 있는 입자 수는 같다는 말. 실제로는 이상 기체에 한해서 성립한다. 즉, 부피비는 몰수비에 비례한다는 법칙이다. (k는 비례상수) 여기서 6.02214179×1023는 아보가드로 수(Avogadro number)이라고도 하며 1 mol이라는 단위로 나타낸다.

샤를의 법칙(Charles's law) 샤를의 법칙(Charles's law)이란 기체의 온도-부피 간의 상관관계를 제시한 법칙이다. 기체에 열을 가하면 기체 분자의 운동이 활발해지면서 벽면에 충돌하는 기체분자의 수가 많아지고 이에 따라 부피가 팽창하게 된다. 고체나 액체가 종류에 따라 열팽창하는 정도가 달라지는 것에 비해 기체는 종류에 상관없이 열팽창을 하는 정도가 같다. 즉, 일정압력(P)에서 절대온도(K)와 부피(V)가 정비례한다는 법칙이다. 여기서 T는 일반적인 섭씨 온도(℃)가 아닌 절대온도(K)임에 유의하자. 절대온도 (K) = 섭씨온도 (℃) + 273.15 위 식을 섭씨온도에 관한식으로 바꿔주면 아래와 같은 식을 얻을 수 있다. 일정한 압력에서 일정량의 기체의 부피는 온도가1 ℃ 상승할 때..

보일의 법칙 (Boyle's law) 보일의 법칙(Boyle's law)이란 기체의 부피-압력 간의 상관관계를 제시한 법칙이다. 일정한 온도에서, 기체의 부피는 압력에 반비례한다. ( k는 비례상수)비례상수 k의 값은 온도와 기체의 양에 의존한다. (온도와 기체의 몰수는 일정)

활성화 에너지 (Activation Energy) 활성화 에너지(Activation Energy)란 화학반응이 진행되기 위해 필요한 최소한의 에너지를 말한다. 반응물질들이 모두 존재한다고 해서 화학반응이 진행되는 것은 아니다. 화학반응이 진행되려면 입자간의 유효충돌이 많아야 하고 이를 위해 입자가 일정한 양 이상의 에너지를 가지고 있어야 하는데, 이 일정한 에너지가 바로 활성화 에너지이다. 쉽게말해 활성화 에너지란 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 넘어가기위한 언덕이라고 생각하면 된다. 공급된 에너지가 화학 반응을 유도하기 위해서는 반응물이 가지고 있는 화학결합을 끊어야 한다. 반응물은 종류에 따라 다양한 화학 결합을 가지고 있고 그 화학 결합의 종류에 따라 다른 결합 에너지를 가지고 있다. 만약 ..

몰 농도(molarity, M)와 몰랄 농도(molrality, m) 몰 농도란 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰수로, 단위는 M 또는 mol/L를 사용한다. Ex) 0.1 M NaOH 수용액은 물 1 L에 NaOH 0.1 mol (4 g)을 녹여 만든 용액이다. (용액의 부피이므로 용매인 물뿐만 아니라 용해된 NaOH의 부피까지 고려해야하지만, 매우 작은 값이기 때문에 편의상 무시하고 계산한다) 여기서 주의할 점은 온도가 변하면 용액의 부피가 변할 수 있기때문에 몰농도 또한 변할 수 있다는 것이다. 몰랄 농도는 이러한 단점을 보완할 수 있는 단위로, 용매 1kg 속에 녹아 있는 용질의 몰수로 나타낸다. 단위는 m, mol/kg를 사용한다. Ex) 0.1 m NaOH 수용액은 물 1 kg에 NaOH ..

삼투현상(Osmosis) 서로 다른 농도를 가진 두 용액 사이를 용매는 통과시키나 용질을 통과시키지 않는 반투과성막(semipermeable membrane)으로 막아놓았을 때, 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 용매가 이동하는 현상을 삼투 현상(osmosis)이라고 한다. 이 현상으로 생기는 압력이 바로 삼투압이다. 사실 액체들의 농도 차이가 줄어드는 것은 삼투 현상의 결과이고, 일어나는 직접적인 원인은 액체 간 압력 차이이다. 용매 분자들은 매우 작은크기로 인해 반투막을 통과할 수 있다. 그러나 용질 분자들은 아무리 크기가 작다고 하더라도 용매분자들이 녹이기 위해 주위를 둘러싸기 때문에 크기가 커져 반투막을 통과하지 못한다. 대표적으로 물을 예시로 들자면 물 분자들은 염화나트륨(NaCl)이나 설탕 분자..

분자 오비탈 이론(Molecular Orbital Theory) : MOT 분자 오비탈(Molecular orbital) 이론은 원자 전자구름의 상호작용에서 시작된다. 원자가 결합 이론(VBT)과 달리 슈뢰딩거의 파동함수식에 보강간섭(constructive interference)과 상쇄간섭(destructive) 개념을 도입해 원자 오비탈이 결합하여 새로운 분자 오비탈을 형성한다는 이론이다. 즉, 원자가 결합 이론에서의 혼성 오비탈(hybrid orbital)은 원자 하나의 오비탈이 변형(혼성화)되어 다른 원자와 결합하는 반면, 분자 오비탈은 이보다 확장 되어 결합하는 원자 사이의 오비탈들을 새로 설정하여 분자 오비탈을 형성하고 여기에 각 원자의 전자를 재배치한다. 결합 오비탈 (Bonding orbi..

혼성 오비탈(Hybrid orbital) 오비탈(orbital) 이론이 정립되고, 원자들이 결합하여 분자를 형성하는 이유에 대한 가장 직관적인 설명은 전자 구름이 겹쳐서 공유 결합을 형성한다는 것이 었다. 그런데 이러한 원자 오비탈의 모형으로는 이미 알려져 있는 각종 분자의 결합 형태를 설명할 수가 없었다. 예를들어 메테인 (CH4) 분자에서 C가 H와 결합할 때 2s와 2p 오비탈이 결합에 참여하는데, 본래 C에 존재하는 3개의 2p 오비탈은 서로 직각이다. 따라서 이들이 C-H 결합을 형성하면 결합각이 90°가 되어야 하지만 실제 메테인의 결합각은 109.5°으로 정사면체 구조를 이룬다. 또한 C의 2p와 H의 1s 사이의 중첩에 의한 3개의 결합과 C의 2s와 H의 1s 사이의 중첩에 의한 1개의 ..