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화학/화학이야기

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베리 유사회전 (Berry pseudo-rotation Mechanism) 베리 유사회전 | Berry pseudo-rotation mechanism 1. 서로 다른 환경에 놓여있음도 구별되지 않는 이유 ? PF5는 과 같이 삼각쌍뿔형 구조로, 직선상에 놓인 2개의 축 방향(axial, 158pm) P-F 결합과 삼각평면 위에 놓인 3개의 적도 방향(equatorial, 153pm) P-F 결합을 갖는다. 이는 PF5 내 플루오린의 공간상 환경이 다르다는 뜻이며, 두 종류의 플루오린이 있는 것처럼 다뤄질 수 있다. 단결정 X-선 분석을 통하면, 축 방향과 적도 방향의 P-F 결합 길이 차이를 직접 확인할 수 있다. 따라서, 이 분자의 19F-NMR과 같은 다른 분석 방법을 통해서도 두 종류의 플루오린(F)에 의한 특징이 스펙트럼에 나타날 것을 기대할 수 있는데, 우리 생각과 달..
고등학생을 위한 적외선 분광법 : (2) 작용기와 스펙트럼 기초 * 본문의 내용은 고등학생을 위한 적외선 분광법 : (1) 기초편과 연결됩니다. https://stachemi.tistory.com/269 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 되 stachemi.tistory.com 고등학생을 위한 적외선 분광법 : (2) 작용기와 스펙트럼 기초 "분자 구조의 특징과 스펙트럼" 0. 들어가기 이전 글을 통해 적외선 분광법의 기본 원리(?)에 대해 간단히 다루었다. 정리하면 다음과 같다. 분자는 물질 성질을 나타내는 최소 단위 입자이고, 대부분의 분자는 원자 사이 결합을 통..
매우매우 묽은 강산 수용액의 pH 구하기 매우매우 묽은 강산 수용액의 pH 0.00000001 M HCl 수용액의 pH = 8 (?) 강산 수용액의 pH는 산의 초기 농도에 -log를 취하여 손쉽게 계산할 수 있다. 강산 대부분이 수용액에서 해리되기 때문에 초기 농도와 같은 수소 이온 농도를 갖는다. 예를 들어 0.1 M (10-1 M) HCl 수용액의 pH는 1이며, 0.0001 M (10-4 M) HCl 수용액의 pH는 4이다. 25℃, 1.0 × 10-3 M HCl 수용액의 pH는? [H3O+] = [HCl]초기 = 1.0 × 10-3 M ∴ pH = - log (1.0 × 10-3) = 3 그렇다면, 10-8 M (0.00000001 M) HCl 수용액의 pH는 얼마일까? 다음 표를 살펴보자. 초기 농도가 10-8 M 인 HCl의 pH를..
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 읽어준다. 밸러~언스 쉐~엘 일렉트런 페얼 리퍼~얼젼 띠어리. 끊어지지 않는 긴 영단어에 학생들이 "오~~~~~"하며, 반응을 보이지만, 표정은 무언가 애매하다. 길고 복잡한 이름에서 오는 알 수 없는 거리감에 약간 겁을 먹은 것 같다. 교과서에는 간단하게 전자쌍 반발 이론이라고 쓰여있다. VSEPR 이론은 원자가 결합 이론(VBT)에서 분자의 3차원 구조, 즉, 분자가 어떤 모양으로 공간을 차지하는지를 설명하기 위한 이론(모델)이다. 달리 말해, 루이스 구조..
오스트발트 희석률 (Ostwald dilution law) 오스트발트 희석률 | Ostwald dilution law 0. 들어가기 오스트발트 희석률은 독일의 화학자 빌헬름 오스트발트(Friedrich Wilhelm Ostwald, 1853-1932)가 1888년 제안한 것으로 약산의 이온화 상수(Ka)와 약산의 이온화도 사이 관계를 나타낸 법칙을 말한다. (사실, 산-염기에만 국한된 것이 아닌, 수용액에서 해리되는 전해질들의 해리 상수 Kd 와 초기 농도 c0 , 전해질의 해리도(해리 분율) α 사이 관계에 대한 것이다.) 1. 유도하기 약산(약전해질)은 수용액에서 일부 해리되어 다음과 같은 평형 상태에 도달한다. 약산의 초기 농도를 c0, 약산의 이온화도를 α 라고 한다면, 약산은 이온화도의 비율만큼 해리되며, 해리된 약산의 농도는 c0*α 로 나타낼 수 있..
약산의 pH 구하기 약산의 pH 구하기 1. 산의 세기 이온화도(해리도)는 절대적 강산과 약산을 구분하는 척도가 된다. 이온화도는 산(HA)의 해리 분율에 관한 것으로 0 ~ 1 사이 값을 갖는다. 이온화도가 크다(1에 가깝다)는 것은 산 대부분 해리되어 수소 이온(H+)과 짝염기 이온(A-)으로 따로 존재하려는 경향이 크다는 뜻이기도 하다. 수용액에서 거의 대부분 해리되어 이온 상태로 존재하는 산을 '강산(strong acid)'이라 하며, 대부분이 그대로 원래의 형태로 존재하고, 일부만 해리되는 산을 '약산(weak acid)'이라 한다. HCl은 강산, CH3COOH는 약산으로 분류된다. 두 산의 해리 전후 상대적 개수에 대한 모형은 다음과 같다. 2. 산 이온화 상수 산의 이온화 상수, 또는 산 해리 상수라고 한다...
공명 구조와 관련된 대표적인 오개념들 공명 구조와 관련된 대표적인 오개념들 1. 공명 구조 (resonance structure) 화학에서 공명(resonance)은 라이너스 폴링(Linus Pauling, 1901-1994)이 비편재화된 전자들을 루이스 구조식(편재화된 분자 모형)에 적용하기 위해 제안한 개념을 말하는 것이 일반적이다. 폴링은 공명을 통해 벤젠(C6H6)의 특별한 평면 구조를 설명했다. 종이 위에 표현된 루이스 구조식은 화합물의 구조를 2차원적으로 알려줄 뿐, 실제 구조를 대변하지는 못한다. 탄산 이온(CO32-)을 예로 들어보자. 탄산 이온은 중심 탄소와 세 개의 산소 원자가 결합한 평면 구조이다. 루이스 구조 상으로는 하나의 C=O 이중 결합과 두 개의 C-O 단일 결합을 갖는 것처럼 보이는데, 만약 이 구조식이 실제 ..
화학사 이야기 - 루이스 구조식과 옥텟 규칙 루이스 구조식과 옥텟 규칙 리튬, 베릴륨, 붕소, 탄소, 질소, 산소, 플루오린... 원자들은 모두 2주기 원소라는 점에서 비슷한 면이 있지만, 원소 각각의 성질은 매우 다르다. 이들 원소 알맹이들은 바깥 껍질에 각기 다른 수의 전자를 갖고, 원소 저마다의 독특한 성질들이 이러한 바깥 껍질 전자 수에 의해 결정된다는 생각이 들어도 이상하지 않다. 과거 화학자들 역시, 원자의 바깥 껍질 전자 수(원자가 전자)와 원소 성질의 연관성에 관심을 가졌으며, 이를 바탕으로 원자 간 반응과 결합 등을 설명하려 했다. 이렇게 원자의 바깥 껍질 전자만으로 결합을 설명하려 시도했던 이론들을, 원자가 결합 이론(valence bond theory, VBT)이라 한다. 그리고 이 이론의 시작점에 빠지지 않고 언급되는 화학자가..
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..
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..