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화학/화학이야기

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데이비슨-거머 실험 (Davisson-Germer Experiment) 데이비슨-거머 실험 (Davisson-Germer Experiment) 너는 좋은 사람이야? 아니면 나쁜 사람이야? 1927년 미국 물리학자인 클린턴 데이비슨(Clinton J. Davisson, 1881-1958)과 레스터 거머(Lester H. Germer, 1896-1971)는 루이 드 브로이가 제안한 입자-파동 이중성을 확인하는 실험을 실시했다. 이들의 실험은 '파동(wave)'과 '입자(particle)' 개념이 자연에서 발견되는 어떤 대상을 보다 잘 설명하기 위해 도입된 이상적인 모델(모형) 일뿐이며, 자연의 실체는 '입자' 또는 '파동' 중 하나로 명확하게 구분될 수 없음을 보여주었다. 광자, 전자, 원자들까지도 파동성과 입자성을 동시에 갖고, 이러한 입자-파동 이중성이 자연의 본래 모습이라..
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..
[리뷰] "끼리끼리 녹인다." 개념을 가르치기 위한 용매 추출 시범 실험 [리뷰] "끼리끼리 녹인다." 개념을 가르치기 위한 용매 추출 시범 실험 A Colorful Solvent Extraction Demonstraction for Teaching the Concept of "Like Dissolves Like" 0. 들어가기 이번 여름 방학에도 과학교사 실험직무연수에서 한 꼭지를 맡게 되었다. 방학 중 일정이 너무 빡빡하여 거절하고 더 적합한 다른 분을 추천하고자 계획했으나, 어찌어찌하다보니 다시 연수를 준비하는 상황에 이르렀다. 막상 주제를 정하고, 원고를 보냈는데, 연수일이 다가오고 2 시간을 채우려고 하니 머릿속이 정리가 안된다. 이번 글쓰기는 연수를 준비하는 과정에서의 생각 정리 목적이 크다. 작년 초, 고등학교 과학교사 실험직무연수에서는 철-아세틸아세토네이트 착물..
분자 요리 (Molecular Gastronomy) 0. 들어가기 교과 연구회 활동을 하다 보면, 다양한 실험을 접하게 된다. 참여하시는 선생님들의 관심사와 지도하는 아이들 수준이 제각각이기 때문이다. 물론, 그동안 경험한 실험들이 약간 돌고 도는 느낌은 분명 있다. 완전히 새로운 실험을 생각해 내어 실제 현장에 적용 가능하도록 개발한다는 것은 정말 어렵고, 시간과 노력이 많이 필요한 일이다. 아주 오래전에 연구회 활동을 통해 '분자 요리'를 처음 접했다. 내가 속한 지역 교과연구회에서는 1 년 동안의 공통 주제를 정하여 활동했었는데, 당시 주제가 '음식 속 화학(food chem)'이었다. 개인적으로는 탐구 준비에 소요되는 재료와 시간 대비, 활동으로 다룰 수 있는 화학 개념이 적고 교과 연관성이 떨어지는 편이어서 관심이 크지는 않았다. (물론, 내가 ..
평형 이동과 공통이온효과 평형 이동과 공통이온효과 | Common-ion Effect 1. 평형 이동과 르 샤틀리에 원리 (Le Chatelier's Principle) 평형 상태에 놓인 계에 외부 자극이 가해지면, 기존의 평형 상태가 깨지고 다시 평형에 도달하고자 반응이 진행된다. 이를 평형 이동이라 한다. 프랑스의 화학자 르 샤틀리에(Henry Louis Le Chatelier, 1850-1936)는 1884년, 평형 이동 방향을 연구하여 르 샤틀리에 원리(Le Chatelier's Principle)를 제안하였다. "Any change is one of the variables that determines that state of a system in equilibrium causes a shift in the posion..
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://..
벤트의 규칙 (Bent's Rule) [관련 글] 282. 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론 : https://stachemi.tistory.com/282 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론 (VSEPR Theory) 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론 Valence Shell Electron-Pair Repulsion Theory 0. 들어가기 칠판에 제목을 쓰는데 한참이다. "원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 이론". 그리고 최대한 꼬불랑 거리며, 영어로 한번 stachemi.tistory.com 272. 혼성 오비탈 : https://stachemi.tistory.com/272 혼성 오비탈 : 분자의 결합과 구조를 설명하는 효과적인 방법 * 본문은 고등학교 고급화학 수준에서 작성되었습니다. 원자가 결합 이론(VBT) 관점에서의 파동함수 중첩과 혼..
반응의 자발성과 자유에너지 1. 저절로 일어나는 반응 기체는 진공 쪽으로 팽창하지만, 이미 퍼져나간 기체가 저절로 한쪽 방향으로 모여 압축되지는 않는다. 물에 풀어놓은 잉크 한 방울이 점차 퍼져나가는 것은 자연스럽지만, 퍼져나간 잉크들이 재차 한 지점에 모이는 것은 부자연스럽다. 뜨거운 물체와 차가운 물체가 접촉했을 때, 뜨거운 물체에서 차가운 물체 쪽으로 열이 이동하는 것은 자연스럽지만, 반대 방향으로 열이 이동해 뜨거운 물체는 더 뜨거워지고 찬 물체는 더욱 차가워지는 일은 일어나지 않는다. 이러한 몇 가지 예들을 살펴보면, 우리 주위 저절로 일어나는 반응들에는 방향성이 있다는 생각을 하게끔 한다. 반응 전보다 반응 후에 에너지(엔탈피)가 낮아지는 반응들은 주위에 열을 내어놓고, 자발적으로 일어나는 경우가 많다. 하지만, 주위로..
추출과 분배계수 추출과 분배 계수 | Extraction & Partition coefficient 0. 들어가기 그라인더를 빙글빙글 돌리며, 원두를 간다. 드리퍼에 여과지를 놓고, 그 위에 원두 가루를 옮겨 담는다. 전기포트를 이용하여 물을 끓이고 드립 포트에 옮긴다. 원두 가루에 물을 조금씩 조금씩 부어가며 커피를 내린다. 이렇게 내린 커피 속 카페인이 나의 하루를 지탱해 준다. 오늘따라 왜 이렇게 피곤하지?라는 생각이 들면, 그날은 아침에 여지없이 커피를 마시지 않았다. 아침마다 챙겨마시는 커피에는 다수의 알칼로이드(alkaloid) 성분들이 있다. 알칼로이드는 식물에 포함된 대사물질로, 식물들이 자신을 보호하기 위한 목적으로 만들어낸다. 그 종류가 매우 다양하데, 분자 내 질소를 가지고 있으며 대체로 약한 염기성..
[탐구] 기체의 분자량 측정 들어가기 교과서 실험에 대한 개인적인 생각 더보기 교과서에는 다양한 실험이 수록되어 있다. 개인적으로 실험 과정이 모두 제공된 실험을 단순히 따라 해보는 것만으로는 관련 내용을 제대로 이해하기에는 어려움이 있다고 생각해서 억지로 실험 활동을 끼워 넣지는 않는 편이다. 물론, 직접 눈으로 보고, 소리를 듣고, 손으로 만지면서 알게 되는 것들이 있기 때문에, 경험 자체로써 기억에 도움이 되는 부분이 있을 것이라는 것에는 이견이 없다. 그냥 별생각 없이 제공된 실험 과정을 로봇처럼 그냥 따라 하는 것이 싫은 것이다. 차라리 질문이 함께 제공된 시각 자료와 충분히 생각하고, 고민할만한 시간을 제공하는 것이 더 효과적이라고 생각하는 편이다. 이에 교과서 실험을 직접하지는 않더라도, 학생들이 직접 교과서에 제시된 ..
입체수 5인 분자의 구조 선택성 [관련 글] 282. 원자가껍질 전자쌍 이론 (VSEPR) 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론 (VSEPR Theory) 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론 Valence Shell Electron-Pair Repulsion Theory 0. 들어가기 칠판에 제목을 쓰는데 한참이다. "원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 이론". 그리고 최대한 꼬불랑 거리며, 영어로 한번 stachemi.tistory.com 입체수 5인 분자의 구조 선택성 0. 들어가기 원자가껍질전자쌍반발(VSEPR) 이론은 중심 원자의 입체수를 바탕으로 분자의 공간상 배치(입체 구조)를 알려준다. 고등학교 교육과정에서 다루는 화합물 대부분은 중심 원자가 2주기에 해당하고, 이경우 가질 수 있는 최대 전자수는 8(옥텟규칙)이기에 한계 입체수 또한..
ChatGPT와 싸워보았다. (feat. OF2의 산화수) ChatGPT 초창기에 산화수(oxidation number)로 싸운 적이 있다. 어처구니없는 답변을 하면서도 너무나도 당당하고 뻔뻔한 태도로 일관되게 말해서 시간 가는 줄 모르고 대화했던 기억이 있다. 막무가내로 자기 주장을 펼치는 인공지능 챗봇에게 제대로 도전하기 위해 papago라는 든든한 친구를 대동했다. 지난번과 마찬가지로 이번 주제도 OF2(oxygen difluoride)의 산화수이다. 나 : "OF2 분자 내 산소의 산화수에 대해 답해줄 수 있습니까?" ChatGPT : OF2(oxygen difluoride) 내 산소의 산화수는 다음과 같은 공식을 통해 결정할 수 있습니다. 산소의 산화수 = 산소의 그룹 번호(원자가 전자수) - (비공유 전자쌍의 수 + 0.5(결합 전자수)) (잉? 이거..

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