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화학/화학이야기

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지레 규칙 (Lever Rule) 2성분 혼합물의 상평형 그림 : 지레 규칙 (Lever Rule) 이전 글(122)을 통해 휘발성 액체로 구성된 2성분 혼합물의 경우 용액과 증기가 평형 상태에 있을지라도 두 상의 조성은 같지 않다는 사실을 알아보았다. 조성 차이가 발생하는 이유는 휘발성이 큰 성분이 나머지 성분에 비해 빨리 증발하기 때문이다. 이 때의 용액 조성선과 증기 조성선을 하나의 상평형 그림에 나타내면, 과 같다. 의 용액 조성선(직선)과 증기 조성선(곡선)에 의해 가둬진 영역(F =1)에서 용액과 혼합 증기가 평형을 이루고 있으며, 두 상이 공존한다. 용액과 증기가 공존하는 영역에 위치한 점 들(●)은 우리에게 두 가지 정보를 제공한다. 첫 번째, 평형을 이루는 용액상의 조성(X)과 증기상의 조성(Y) 두 번째, 평형을 이루는..
고등학생을 위한 분광광도법 : (3) 정량분석 고등학생을 위한 분광광도법 : (3) 정량분석 - 검량선의 작성과 미지 용액의 농도 결정 - 0. 들어가기 다음 문제를 살펴 보자. 주어진 문제는 교육부에서 제공하는 2015 개정 교육과정 "화학 실험" 교과의 평가 도구 예시 문항이다. 출처는 글 하단에 링크로 첨부하였다. 제시된 문제 (1) ~ (3)을 무리 없이 해결할 수 있다면, 분광광도법을 통한 정량 분석의 기본 원리를 이미 이해하고 있는 것이다. 만일 위 실험 내용이 생소하고, 어렵게 느껴진다면 아래의 내용이 조금이나마 도움이 될 수 있을 것이다. 1. 정성 분석과 정량 분석 정성 분석(qualitative analysis)이란, 시료에 포함된 화학종이 무엇인지를 결정하는 것을 말한다. "내가 커피에서 추출한 것은 카페인이었어!" "나는 아스피..
화학사 이야기 - 방사능(Radioactivity) 화학사 이야기 - 방사능(Radioactivity) - 뢴트겐의 X선과 베크렐의 우라늄선 - 1. 뢴트겐 이야기 독일의 빌헬름 뢴트겐(Wilhelm Konrad Röntgen, 1845-1923)은 음극선(cathode ray)에 대해 연구하고 있었다. 많은 과학자들이 음극선에 관심을 가지고 있던 시기였다. 실험이 이루어지는 진공 유리관 내부에는 음극선과 반응할 물질이 없음에도 불구하고 유리관 벽면에서 형광색 빛이 났다. 아무도 이 원인을 제대로 설명하지 못했다. 1894년, 뢴트겐은 진공 유리관을 투과하는 음극선의 양을 측정하는 연구를 한다. 음극선이 유리관을 투과하면서 형광빛을 낸다고 생각했기 때문이다. 당시에는 음극선이 진공 유리관을 투과하지 못한다고 이미 알려져 있었지만, 뢴트겐은 미량의 음극선이..
원자 모형의 변천 (1) 원자 내부가 왜 궁금해진 걸까? 원자 모형의 변천 (1) 원자 내부가 왜 궁금해진 걸까? - 돌턴의 원자 모형, 톰슨의 원자 모형- 1. 원자 내부가 궁금할 필요가 없던 시절 - 돌턴의 원자론 내부에 대한 궁금증은 그 속에 더 작은 무언가가 존재할 수 있을 때 갖게 된다. 눈 앞의 물체가 가장 작은 단위의 것이라면, 그것의 ‘내부’라는 개념은 존재하지 않는다. 당연히 내부가 궁금할 이유도 없다. 마치 휴대폰 내부는 궁금해할 수 있어도 휴대폰 분해 중에 나온 나사 내부는 궁금해하지 않는 것처럼 말이다. 1808년, 영국의 화학자 존 돌턴(John Dalton, 1766-1844)은 물질의 기본 단위가 원자라는 내용의 《화학 철학의 새 체계(A New System of Chemical Philosophy)》를 발표했다. 우리 주변의 모든 ..
면심입방구조 분해하기 면심입방구조 분해하기 고체의 결정구조에 관한 글을 작성하면서, 마음에 드는 그림 자료를 찾지 못해 직접 만들기 시작했다. 지난번에 만들어두었지만 글의 맥락상 사용하지 못했던 그림 자료가 아까워 이 글을 작성하게 되었다. 아마도 특별한 스토리 없이 첨부된 그림에 대한 부가 설명 정도가 될 듯 싶다. 면심입방구조는 한 종류의 입자만으로 구성할 수 있는 가장 조밀한 구조이다. 하나의 입자 주위에는 12개의 동일한 입자가 둘러싸고 있다. 한 종류의 입자만을 사용하여 동일 평면상에서 둘러쌌을 때는 과 같이 최대 6개, 3차원 공간상에서는 12개까지 가능하다. 이보다 많은 입자가 둘러싸는 것은 불가능하다. 최대 배위수가 12이다. 아래 의 두 구조는 달리 보이지만, 모두 면심입방구조이다. 단위 격자를 자른 지점이 ..
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..
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..
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..
불변 끓음 혼합물 (azeotrope) 분별 끓음 혼합물 (azeotrope) 이번 글을 통해서는 불변 끓음 혼합물(azeotrope)에 대해 알아보고자 한다. 불변 끓음 혼합물을 한자로 나타내면 공비(共沸) 혼합물(함께 공, 끓을 비)인데, 풀어쓰면 '함께 끓는 혼합물(constant boiling mixture)'이다. 고등학교 화학2 용액 단원에서는 총괄성만 주구장창 다루다가 대학교 일반화학 용액 단원에서 갑자기 분별 끓음 혼합물을 맞이한다. 보통의 경우, 관련 내용은 깊이 다뤄지지 않고, 소개 정도에 머무르는 것이 대부분이기에 학생들은 개념을 정확하게 형성하기에 어려움이 있다. 대부분의 물리화학 교재에 비교적 상세히 기술되어 있지만, 이마저도 혼자 공부하는 상황이라면 머릿속에 명확하게 그려지지 않는 경우가 많다. 이 글 역시 마찬가지일..
이상 용액과 실제 용액 (ideal solution & real solution) 이상 용액과 실제 용액 | ideal solution & real solution 2성분 혼합물(용액) 단원에서 이상 용액(ideal solution), 이상적 묽은 용액(ideal dilute solution), 실제 용액(real solution, 또는 비이상 용액 nonideal solution) 등의 용어가 한꺼번에 등장하면 적잖게 헷갈릴 수 있다. 또한, 차이를 설명해도 그게 그것 같아서 문장만으로는 크게 와닿지 않는 경우가 많다. 이상 용액은 몰분율 전 구간에서 라울 법칙을 만족한다. 실제 용액은 이상 용액과 달리 용매-용질의 상호작용 차이에 의해 양의 오차, 음의 오차를 갖는다. 이 때문에 실제 용액은 법칙만을 가지고, 특정 몰분율에서의 증기압 값을 예측할 수 없다. 그러나 이상적 묽은 용액..
화학 반응식의 양적 관계 연습하기 고등학교 화학1 - 화학 반응식의 양적 관계 연습하기 2019 PEET 화학추론(일반화학) 11번 풀이 2019학년도 약학대학입문자격시험(PEET) 화학추론 풀이를 준비하다가, 화학1 공부하는 고등학생들에게 도움이 될만한 문제를 발견해서 급작스럽게 이 글을 쓰게 되었다. 그래서 전반적인 내용이 기출 풀이가 될 것임에도 불구하고, 일부러 화학노트 카테고리로 분류했다. 이 글에서 다룰 문제는 2019학년도 PEET 화학추론(일반화학) 문제 11 번이다. 출처는 한국약학교육협의회이다. 문제 배점은 4 점으로 중간 난이도로 분류되었지만, 관련 개념을 이해한 고등학생들이라면 어렵지 않게 풀 수 있을만한 난이도라 개인적으로는 생각한다. (참고로 PEET 화학추론은 총 25 문항으로 3 점 5 문항, 4 점 15 문..
2성분 혼합물의 증류 과정: 분별 증류의 원리 2성분 혼합물의 증류 과정: 분별 증류의 원리 1. 액체 혼합물과 평형을 이룬 증기의 조성 액체 A, B가 혼합된 용액의 몰분율-증기압 그래프를 살펴보자. 그래프를 통해 알 수 있는 사실은 다음과 같다. 1. A와 B는 순수한 용매(X = 1) 상태에서 증기압 PA*, PB* 를 가지며, 따라서 A, B 모두 휘발성이다. 2. 순수한 용매 B의 증기압이 A보다 크므로, B의 휘발성이 A보다 크다. 3. 몰분율 전체 구간에 걸쳐 직선형 그래프를 보이며, 이는 이 용액이 이상 용액이라는 점을 말한다. (몰분율 전체 구간에 대해 라울의 법칙을 만족한다.) 4. 용액이 생성하는 혼합 증기에 의한 압력(P용액)은 생성된 A와 B 증기 압력의 합이다. '용액과 평형을 이루는 증기 조성과 용액의 조성 사이의 관계'를..

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