STA CHEMI STORY

인기글

• 화학이야기 고등학생을 위한 파동 방정식, 그리고 양자수의 의미 고등학생을 위한 파동 방정식, 그리고 양자수의 의미 0. 상상하기 쉽지 않은 오비탈 모형, 그리고 양자수 보어의 궤도 모형은 고등학교 교육과정상 물리와 화학에서 비슷한 시기에 다루고, 전자가 핵 주위를 회전하는 모습이 마치, 태양계 행성들을 떠올리게끔 하여 비교적 쉽게 받아들이는 편이다. 하지만, 바로 다음에 등장하는 현대 오비탈 모형은 좀 모호하고 어렵다. 오비탈이라는 단어부터 생소하다. 영단어 orbital만 떼놓고 보면, 보어 모형에서의 orbit(궤도)와 비슷하여 뜻도 비슷하게 생각하면 될 것 같은데, 자꾸 둘은 엄연히 다르다고 하니 미칠 노릇이다. 따라서, 수업을 준비하는 교사 입장에서는 오비탈을 처음 접하는 학생들이 이마를 탁! 칠만한 적절한 비유가 간절하다. 물론, 비유물은 실제 대상을 완벽..
• 화학이야기 기체분자운동론 (Kinetic Molecular Theory) 기체 분자 운동론 | Kinetic Molecular Theory 1. 기체 분자 운동론 보일 법칙(PV = k ), 샤를 법칙(V = k'T ), 아보가드로 법칙(V = k''n ) 등으로부터 나온 이상기체 법칙(PV = nRT )은 사람들의 관찰 결과에서의 규칙성으로부터 만들어진 법칙이다. 기체의 거시적인 성질에 관한 법칙이다. 이러한 기체 법칙들은 기체 분자 하나하나가 어떻게 행동하고 있는지에 대한 미시적인 정보는 주지 못한다. 이에, 18 세기 베르누이(Bernoulli, D. 1700-1782)는 기체 분자 운동론(Kinetic Molecular Theory)을 제안하였고, 19세기 클라우지우스(Clausius, R. 1822-1888), 맥스웰(Maxwell, J. C., 1831-1879),..
• 화학이야기 오비탈의 침투 효과 (Penetration Effect of Orbitals) 오비탈의 침투 효과Penetration 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 ..
• 화학이야기 화학 결합과 거리에 따른 에너지 변화 화학 결합과 거리에 따른 에너지 변화 0. 들어가기 더보기 2009 개정 교육과정 화학1의 세 번째 단원명은 "아름다운 분자 세계"이다. 새롭게 개정된 2015 교육과정에서는 "화학 결합과 분자의 세계"이다. 교육과정은 바뀌었지만 다루는 내용은 큰 차이가 없다. 결합의 형성과 그 결과물로 생성된 분자의 구조에 대해 주로 다룬다. 단원명만으로 학습 내용을 파악하기에는 이번 교육과정이 명확하지만, 해당 단원을 가르칠 때, 간접적으로 내 마음을 표현해준 것은 2009 개정 교육과정이다. 원자가 다른 어떤 원자에 이끌려 분자를 이룬다는 사실이 너무나 아름답다. 수업 시간에 이런 이야기를 하면, 아이들은 나를 이해할 수 없다는 듯이 웃는다. (벤젠 고리가 막~~ 연결되어 있는 복잡한 구조 보면 누구나 막~~ 설레..
• 화학이야기 자유에너지와 화학 평형의 위치 0. 들어가기 더보기 2015 개정 교육과정 "화학2" 교과목에서 깁스 자유에너지가 빠졌다. 정확하게는 과학 계열 전문 교과로 분류되는 "고급 화학"으로 올라가버렸다. 학생들의 진로 선택 교과로 분류된 "화학2" 까지는 선택에 따라 일반 학교에서 개설이 되기에 어려움까지는 없겠지만, 고급 화학은 과학중점학교나 과학고, 소인수 교육과정을 운영하지 않고서는 개설이 쉽지 않을 듯하다. 아마도, 교육과정 편성 위원분들께서는 "깁스 자유에너지와 반응의 자발성"개념을 일반 학생들에게 소개하는 것이 큰 의미를 갖지 않는다고 생각하셨거나 너무 과하다고 생각하셨을지 모른다. (대부분의 화학 관련 구술 면접에서 반응의 자발성이 빠지지 않고 거의 매년 등장했던 것을 생각해보면, 화학 전공 교수님들께서 반응의 자발성에 관한 ..
• 화학이야기 프랭크-콘돈 원리 (Franck-Condon Principle) 프랭크-콘돈 원리 (Franck-Condon Principle) '싸늘하다. 가슴에 비수가 날아와 꽂힌다. 하지만 걱정하지 마라. 전자는 핵보다 빠르니까.' 프랭크-콘돈 원리(Franck-Condon Principle)는 '분광학'과 '양자 화학'에서 분자 전자 전이 스펙트럼의 미세 진동 구조를 설명한다. 물리 화학 서적에는 프랭크-콘돈 원리를 다음과 같이 설명하고 있다. "핵은 전자에 비해서 대단히 큰 질량을 갖기 때문에 전자 전이는 핵이 미처 감응하기 전에 빠르게 일어난다." 전자 전이에 의해서 분자 안의 새로운 영역에 급격하게 전하 밀도가 형성되고, 다른 곳에서는 없어지며, 이 때문에 본래 정지하고 있던 핵들이 급격하게 새로운 힘의 장에 노출된다. 핵들은 이 새로운 힘 때문에 처음 위치, 즉 급속한..
• 화학이야기 고등학생을 위한 분광광도법 : (2) 정성분석 고등학생을 위한 분광광도법 : (2) 정성분석 - 흡광 스펙트럼의 최대 흡수 파장 - 0. 들어가기 우리는 앞선 글(1)을 통해 장치(분광광도계)가 시료를 분석하는 과정에 대해 간단히 알아보았다. 간략히 정리하면 다음과 같다. 일정한 세기의 빛(P0)이 장치의 램프 광원으로부터 출발한다. 빛이 지나가는 경로에 시료가 놓이면, 시료는 빛을 흡수한다. 시료를 통과한 나머지 빛(P)이 검출기에 도달한다. 장치는 검출기에 도달한 빛의 세기(P0)와 처음 쬐어 준 빛의 세기(P)의 분율인 투과도(T)를 알려준다. 물론, 대부분 장치들이 투과도를 흡광도로 변환하여 알려줄 수 있다. 그런데, 이 흡광도(A) 값이 농도와 완전히 선형적으로 비례하기 때문에 유용하게 사용될 수 있다. 그렇다면 우리는 언제 분광광도계를 사..
• 화학이야기 고등학생을 위한 분광광도법 : (1) 기초 들어가기   바쁘디 바쁜 고등학생이 분광광도계(spectrophotometer)를 사용할 일은 거의 없다. 보통의 경우 이공계열의 대학교 1학년, '일반화학실험'에서 처음 접한다. 스무 살 성인 되고, 대학생 되었다고 해서 한 번도 사용해 본 적 없는 분석 기기의 원리부터 작동법까지 단번에 이해될 리는 없다. 비교적 가벼운 수준의 분광학 내용이지만 생소함이 더 크기 때문에 어려운 게 당연하다.  사실, 이공 계열로 진학을 희망하는 고등학생들의 경우, 분광법을 간단하게라도 알면 자유탐구나 과제연구에 활용할 수 있는 여지가 꽤나 많다. 초반 진입 장벽이 있긴 하지만 가볍게 자외선-가시광선(UV-Vis) 분광기 정도만 사용해도 결과의 퀄리티를 바꿔줄 수 있다. 물론, 학교에 분광광도계가 구비되어 있어야 가능한..
• 화학이야기 고체의 결정 구조 (Crystal Structure of Solids) 고체의 결정 구조 | Crystal Structure of Solids 1. 물질의 세 가지 상태 물질의 상태는 고체(solid), 액체(liquid), 기체(gas) 세 가지로 구분된다. 상태는 물질을 이루는 입자 간 거리에 따라 구분된다. 입자 간 거리가 멀면 기체, 매우 가까우면 고체이다. 적당히 가깝고도 멀면 액체이다. 상태에 따른 입자 간의 거리 차이로 인해 학문적으로 관심 갖는 영역 또한 달라진다. 기체는 다른 상에 비해 입자 간 거리가 매우 멀어 상호 작용이 거의 무시된다. 상호 작용이 없으니 기체 입자들의 퍼텐셜에는 관심이 없다. 어쩔 수 없이 '기체의 운동'에만 관심을 갖는다. 기체를 관찰해서 얻는 다양한 현상(부피, 압력, 온도, 입자수 사이의 상관관계)과 규칙성을 기체의 운동으로 설명..
• 화학이야기 산-염기 지시약의 작용 원리 산-염기 지시약의 작용 원리 1. 지시약(Indicator)  대학생 시절, 알코올 인디케이터로 불리던 친구가 있었다. 이유는 술을 아주 조금이라도 마시면, 얼굴이 심각해 보일 정도로 빨갛게 변했기 때문이다. 얼굴 색변화만으로 주위 사람들에게 알코올 흡수 유무를 즉각적으로 알려주었기에 알콜 검출에 있어서는 아주 좋은 지시약이라고 할 수 있었다.  화학에서 말하는 지시약도 의미적으로는 그 친구 몸에서 일어나는 반응과 별반 다르지 않다. 화학 반응 또는 물질의 상태를 알려주는 물질을 지시약이라고 지칭하기 때문이다. 지시약을 이용하면 물질의 상태 또는 변화를 판단할 수 있다.  지시약도 종류가 다양하다. 산-염기 지시약(pH indicator), 산화-환원 지시약(redox indicator), 흡착 지시약(..
• 화학이야기 NH3와 NF3의 결합각 (feat. 벤트의 규칙) NH3와 NF3의 결합각 (feat. 벤트의 규칙)VSEPR, 혼성 오비탈 이론로 막힌 분자 구조 설명은 Bent's Rule로 뚫어드립니다.  0. 들어가기  VSEPR 이론은 중심 원자의 혼성 오비탈 이론과 함께 사용되면, 분자 구조를 설명하는데 매우 유용하다. 하지만 몇몇 사례를 온전히 설명하기에는 부족한 부분이 있으며, 이는 벤트가 제안한 경험 규칙을 통해 보완될 수 있다. 우리는 지난 글(298)을 통해 벤트의 규칙에 대해 알아보았다.“중심 원자 오비탈의 s-성분은 전기양성적인 치환체를 향한다.”[이전 글] 벤트의 규칙(298) https://stachemi.tistory.com/298 벤트의 규칙 (Bent's Rule)[관련 글] 282. 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론 : https://st..