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화학

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플라스틱 종류별 적외선 스펙트럼 플라스틱 필름을 종류별로 구입하여 적외선 스펙트럼을 측정했다. 지역 내 심화과학반 학생들을 위한 강의 자료에 넣을 데이터가 필요해서 일찍이 측정해두었는데, 학교 생활이 바쁘다는 핑계로 모른척 방치하다가 교수학습자료개발 마감일이 다가올수록 압박이 커져, 생각난 김에 정리해두려 한다. 최근에 블로그에 '적외선 분광법'에 관한 첫 번째 글을 올리고 난 뒤, 귀찮음에 임시 저장한 상태로 무한 미루기 시전 중이다. 한창 탄력받았을 때, 마무리지었어야 했다는 아쉬움이 남는다. 아무튼 Polyvinyl Chloride(PVC), Polycarbonate(PC), Polyethylene(PE), Polypropylene(PP), Polyethylene terephthalate(PET), Polystylene(PS) 여..
고등학교 화학1 - 3-1-1. 화학 결합의 형성 현재 학교에서 사용하고 있는 학생용 학습지 일부입니다. 학교에서 사용하는 교과서는 천재교육(2015)이지만, 전체적인 단원 구성에는 출판사별 차이가 없기에 다른 교과서에도 활용 가능하리라 보입니다. 교육과정 구성은 "화학결합의 전기적 성질(전기분해) > 이온결합 물질의 성질과 에너지 곡선 > 공유 결합 물질의 성질과 에너지 곡선" 순서로 진행되지만, 저는 수업 흐름상 뒷부분에 중복되는 부분이 있어 초반에 결합 형성에 대한 에너지와 힘의 관계를 그래프로 먼저 포괄적으로 다루고, 이후에 순차적으로 이온 결합, 공유 결합에 각각 적용하여 녹는점, 결합에너지, 결합 길이의 경향성 등을 알아보는 방식으로 진행하고 있습니다. 이에 뚜렷한 단원명으로 표현하기는 어렵지만, 3단원을 학습하는 학생들 중 입자들의 거리-에..
혼성 오비탈 : 분자의 결합과 구조를 설명하는 효과적인 방법 * 본문은 고등학교 고급화학 수준에서 작성되었습니다. 원자가 결합 이론(VBT) 관점에서의 파동함수 중첩과 혼성 오비탈 종류에 따른 세부적인 기하 구조 차이에 대한 내용은 담고 있지 않습니다. 사전에 참고하시기 바랍니다. 혼성 오비탈 | hybrid orbital CH4는 어떻게 동등한 4개의 결합을 가질 수 있을까? 1. 메테인의 결합과 구조 가장 간단한 탄소 화합물, 메테인(CH4)은 정사면체 구조를 갖는다. 탄소 원자를 중심으로 4 개의 수소 원자가 109.5 ˚ 각도를 이루며 존재한다. 탄소와 수소는 전자를 공유하여 총 4 개의 결합을 이루며 이때, 중심 탄소의 원자가(valence)는 4이다. [참고] 원자가(valence)는 원자의 결합 능력을 나타내기 위한 값이며, 해당 원자가 가질 수 있는..
전자기파 (electromagnetic wave) 전자기파 | electromagnetic wave 1. 전자기파 (electromagnetic wave) 전자기파는 전기장과 자기장이 수직방향으로 진동하는 파동이다. 진동 간격에 따라 자외선, 가시광선, 적외선 등으로 구분되는데, 사람 눈으로 들어와 시각 신호를 만들어낼 수 있는 약 400 ~ 700 nm 영역의 가시광선을 빛(light)이라 한다. 인간의 눈으로 감지할 수 있는 전자기파의 영역은 매우 제한적인 편이다. 그렇다면, 눈으로 볼 수 없는 전자기파의 존재는 어떻게 알았을까? 가시광선을 제외한 전자기파 복사 현상은 19세기 초에 발견되었다. 적외선(infrared)은 1800년, 런던 왕립 학회 천문학자 윌리엄 허셜(William Herschel, 1738-1822)에 의해 알려졌다. 허셜은 태..
전자의 스핀 (feat. 슈테른-게를라흐 실험) 전자의 스핀 (feat. 슈테른-게를라흐 실험) "그럴 의도는 없었는데, 어쩌다 보니 그렇게 되었어." 1. 슈테른 게를라흐 실험(Stern-Gerlach Experiment) 1922년 독일 프랑크푸르트 대학의 오토 슈테른(Otto Stern, 1888-1969)과 발터 게를라흐(Walther Gerlach, 1889-1979)는 원자의 각운동량이 양자화되어 있음을 증명하기 위한 실험을 수행했다. 슈테른은 이론물리연구소 소장 막스 보른(Max Born, 1882-1970)의 조교였고 게를라흐는 실험물리연구소 조교였지만, 당시 프랑크푸르트 대학의 좋은 연구 분위기를 생각한다면, 이론물리학자와 실험물리학자의 협업이 생소한 일은 아니었다. 당시 학계에서 주목했던 보어 원자 모형은 음전하의 전자가 양전하의 원..
고등학생을 위한 적외선 분광법 : (1) 기초 고등학생을 위한 적외선 분광법 : (1) 기초 "분자의 진동 운동과 적외선 분광법" 0. 들어가기 어쩌다 보니, 지역 심화과학반 프로그램에서 ‘적외선 분광기를 이용한 물질 분석’ 수업을 하게 되었다. 개인적으로 진행하고 있는 교수학습자료개발 활동과 맞물려 현장에 적용할 수 있는 흔치 않은 기회였다. 적외선 분광기는 자외선-가시광선 분광기에 비해 워낙 고가인데다, 중고등학교 수준에서 활용 범위가 넓지 않은 편이서 일반 학교가 보유하는 경우는 드물다. 이번 프로그램 역시 학교가 아닌, 지역 수리과학정보체험센터 심화실험실에서 진행했다. 분광학 관련 내용을 진지하게 다루기에는 터무니없이 부족한 시간이었기에 블로그에 보충하여 내용을 정리해두고자 한다. 적외선 분광기도 기본적인 분석 원리는 이전에 포스팅했던 자외선..
오비탈의 침투 효과 (Penetration Effect of Orbitals) 오비탈의 침투 효과 Penetration effect of Orbitals 1. 거리에 따른 전자의 에너지 쿨롱 법칙(Coulomb's Law)은 서로 다른 두 전하의 상호작용을 설명한다. '전하 간 거리(r )'와 '전하량 곱(q1*q2)'에 따라 그 크기가 달라지는데, 거리가 가깝고 전하량 곱이 커질수록 강하게 상호작용한다. 물질을 이루는 원자는 양전하(+)의 핵과 음전하(-)의 전자로 구성된다. 서로 다른 종류의 두 입자가 하나의 원자 안에 공존한다. 우리는 쿨롱 법칙을 통해 핵과 전자 사이 상호작용을 설명할 수 있다. 만약, 핵으로부터 떨어진 거리(r )가 각기 다른 두 전자 1과 2가 있다면, 이들의 에너지는 어떤 차이가 있을까? 단순하게 쿨롱 법칙만으로 예상해본다면, 핵에서 가까운 전자가 그렇..
주기율표의 역사 (3) 모즐리가 밝혀낸 원자 구조의 비밀 [관련 글] 243. 멘델레예프의 주기율표 : https://stachemi.tistory.com/243 주기율표의 역사 (2) 멘델레예프의 주기율 법칙 본문은 이전 글(242) 주기율표의 역사 (1) 원소의 규칙성 과 이어집니다. 주기율표의 역사 (1) 원소의 규칙성 주기율표의 역사 (1) 원소의 규칙성 0. 들어가기 독일의 조셉 폰 프라운호퍼(Joseph von Fra stachemi.tistory.com 1. 헨리 모즐리가 발견한 원자의 구조 1900년대 초반, 영국 맨체스터대학에는 훌륭한 과학자가 여럿 있었다. 그들을 대표할 수 있는 인물로 어니스트 러더퍼드가 있다. 러더퍼드 밑에는 다양한 성격의 유망한 제자들이 많았는데, 헨리 모즐리(Henry Gwyn Jeffreys Moseley, 1887-..
18족 원소 이야기 18족 원소 이야기 비활성 기체, 불활성 기체, 0족 기체 1. 비활성 기체 (noble gas) 주기율표의 오른쪽 맨 끄트머리에 위치한 18족 원소들을 noble gas, 또는 inert gas라 부른다. 뜻 그대로 번역하면, noble gas는 귀족 기체, inert gas는 둔하고 더딘, 무기력한 기체라 해야겠지만, 우리는 비활성(불활성) 기체라는 용어로 번역해서 사용한다. 18족 원소들은 원자 자체로 안정(stable)하여 주위 다른 원자들과 반응하려 하지 않는다. 굳이 더 안정해지려는 노력(?)에 게으르다고 할 수 있다. 화학에서 일어나는 변화(화학 반응, chemical reaction) 대부분은 물질이 더욱 안정해지려는 경향성에 의해 나타난다. inert는 '더딘', '무기력한'과 같은 뜻을..
유효핵전하와 슬레이터 규칙 유효핵전하와 슬레이터 규칙 Effective Nuclear Charge & Slater's Rule 전자가 1개인 원자 또는 이온은 핵과 전자 사이 정전기적 상호작용으로 위치 에너지를 계산할 수 있다. 그러나 전자의 수가 늘어나면, 전자-전자 사이 추가적인 상호작용이 생겨나고, 이 상호작용의 크기는 전자 위치에 따라 값이 달라지기 때문에 정확하게 계산하는 것이 불가능하다. 결과적으로 원자 내 전자 수가 늘어났을 때, 여러 가지 효과들을 다루기 위해서는 근사법을 사용해야 한다. 1. 가리움 효과와 유효핵전하 하나의 양성자와 전자만으로 이루어진 수소와 달리, 여러 개의 전자를 갖는 다전자 원자들은 핵과 전자 사이의 인력 상호작용 외에 전자들 사이 반발력 상호작용이 존재한다. 이러한 전자들 사이 반발 상호작용..
기체의 성질과 기체에 관한 실험 법칙 0. 들어가기 개인적인 잡담 더보기 2022학년도 새 학기가 시작되었고, 화학2 선택 학생수가 작년보다 많다. 대부분의 학생들이 이공계 관련 진로를 희망하고 있음과 동시에 수능에서 화학2를 선택하지 않을 거라는 점들을 확인했다. 이에 부응하기 위해 나는 학생들이 대학교에 진학한 이후 일반화학 수업을 듣기 전 준비 과정으로 화학2 수업을 운영하기로 했다. 진로 선택이라는 과목 성격을 보다 잘 살려보기로 했다. 되도록 시험 부담은 줄이고, 교육과정에 포함된 내용은 빠짐없이 다루되, 특정 단원을 왜 학습하고, 해당 성취 기준이 왜 중요하게 다뤄지는지에 대해 자세히 소개해야겠다고 마음먹었다. 그리고 2차시의 수업을 마쳤다. 그런데 생각보다 빠르게 문제점이 드러났다. 학생들이 말하길, 수업 내용이 너무 매콤하단다..
금속-아세틸 아세토네이트 착물의 합성 금속-아세틸 아세토네이트 착물의 합성 "Fe(acac)3의 합성 및 분석" 0. 들어가기 겨울방학 중에 진행될 '과학교사 실험연수'에서 강의 일부를 맡게 되었다. 주된 테마가 '심화기기 활용'이라서 어떤 내용을 다루면 좋을지 고민을 하다가 간단한 금속 착물을 합성하고 결과를 여러 분석 기기(mp, IR, UV-Vis 등)로 확인하면 연수 취지에 맞겠다는 생각이 들었다. 착물의 겉보기 색이 분명하면서도 합성 과정이 비교적 간단했으면 좋겠다는 조건을 스스로 더했다. 가장 먼저 떠오르는 것은 Alq3(Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)였다. Alq3는 OLED 재료 물질의 시작이라는 상징성이 있고, 화학 발광(chemiluminescence) 현상을 관찰하기 쉽다는 큰 장점이 있다..

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