옥스토비 일반화학 1~2장의 내용을 간략하게 요약한 포스트입니다.

1. 물질의 분류

1> 순물질 : 물리적 방법으로 추가적인 분리가 불가능하다.
    ㉠ 화합물 : 화학적 방법으로 추가적인 분리가 가능하다.
    ㉡ 홑원소 물질  : 화학적 방법으로 추가적인 분리가 불가능하다.

2> 혼합물 : 물리적인 방법으로 추가적인 분리가 가능하다.
    ㉠ 균일 혼합물 : 시료 전부분의 성질이 동일하다.
    ㉡ 불균일 혼합물 : 시료 전부분의 성질이 다르다.

★ 물리적 방법 : 물질의 성질(끓는점, 어는점, 용해도 등)을 이용한 방법.
★ 화학적 방법 : 통상적 화학 반응(전기분해 등)을 이용한 방법.

2. 화학의 기본 법칙

1> 질량보존의 법칙 (라부아지에)
    모든 화학반응에서 반응 전·후의 물질의 질량은 동일하다.
    오류 : 질량이 에너지로 전환되는 핵분열이나 핵융합.

2> 일정성분비의 법칙 (프루스트)
    동일한 화합물은 출처나 제법과 관계없이 구성 원소들간 일정한 질량비를 가진다.
    오류 : 베르톨라이드라 불리는 비화학량론적 화합물.

3> 배수비례의 법칙 (돌턴)
    일련의 이원소 화합물에서 한 원소 일정량과 결합하는 타원소의 질량비는 간단한 정수비이다.

4> 부피결합의 법칙 (게이뤼삭)
    동일한 온도와 압력에서 반응하는 기체들과 생성되는 기체들의 부피비는 간단한 정수비이다.
    오류 : 이상 기체가 아닌 경우, 정확한 정수비가 성립하지는 않는다.

3. 돌턴의 원자설

1> 물질은 더 이상 나눌 수 없는 원자로 되어 있다.
2> 동일한 원소의 원자들은 질량과 모든 성질에서 동일하다.
3> 서로 다른 원소들은 다른 종류의 원자로 되어 있으며 특히 이들 원자들은 질량이 다르다.
4> 원자들은 파괴될 수 없으며, 화학반응 중에도 그 실체를 보전한다.
5> 화합물은 서로 다른 원소의 원자들이 작은 정수비로 결합하여 생성된다.

★ 원자설의 오류
1> 원자 역시 핵반응을 통하여 양성자 중성자 전자 등으로 쪼개어 진다.
2> 동일한 원소라도 동위원소의 경우 그 질량이 다르다.
3> 현대에도 그대로 받아들일 수 있는 내용이다.
4> 핵반응의 경우 파괴될 수도, 실체를 보전하지 못할 수도 있다.
5> 베르톨라이드라 불리는 물질은 작은 정수비가 아닌 일정범위의 비율로 결합하여 생성된다.

4. 아보가드로의 분자설

동일한 온도와 압력에서 같은 부피를 가진 서로 다른 기체들은 동일한 수의 입자(분자)를 가진다.

참고 : 원자와 비교해서 분자를 설명하자면, 원자란 물리적인 성질(끓는점, 어는점 등)을 가지지 않는다고 가정한다. 원자들이 결합하여 분자를 형성해야만 비로소 물리적인 성질을 가지게 되는 것이다. 단 18족 원소인 비활성 기체는 하나의 원자를 가진 분자로 생각한다.

5. 원자의 구성

1>전자 : 원자내의 음으로 하전된 빠른 속도로 운동하는 입자.
    ㉠ 음극선관 실험(톰슨) : 전자는 음으로 하전된 입자, 전하/질량 = 1.7588202 × 10¹¹ C/kg
    ㉡ 기름방울 실험(밀리칸) : 전하량 =1.60217646 × 10^-19 C, 질량 = 9.1093819 × 10^-31 kg

2> 원자핵 : 원자내의 양으로 하전된 고밀도의 극히 작은 입자로 양성자와 중성자 등으로 구성.
    ㉠ 양극선 실험(톰슨) : 양으로 하전된, 전자보다 수천배 무거운 입자란 사실 규명.
    ㉡ 알파입자 산란실험(러더퍼드) : 원자핵이 극히 작은 부분에 집중되어 있다는 사실 규명.
    ㉢ 양성자 : 양으로 하전된 입자로서, 양성자의 개수에 따라 원자번호가 정한다.
            (전하량 = 1.60217646 × 10^-19 C, 질량 =1.67262 × 10^-27 kg)
    ㉣ 중성자 : 하전되지 않은 입자로서, 중성자의 개수의 차이에 의해서 동위원소가 발생한다.
            (전하량 = 1.60217646 × 10^-19 C, 질량 =1.67493 × 10^-27 kg)

6. 몰의 개념

1> 정의 : 아보가드로수만큼(N0=60.22137 × 10²³)을 1로 정한 입자의 단위이다.
2> 기준 : 12 그램의 ¹²C에 존재하는 ¹²C 원자의 숫자.
3> 예시 : 계란이 30개 있으면 한판이라고 하듯이, 입자가 N₀만큼 있다고 하면 1몰이라 한다.

7. 화학식의 종류

1> 분자식 : 한 분자 안에 있는 원자들의 수 표시한 화학식 (예: 아세트산 C2H4O2)
2> 실험식 : 구성하는 원자들의 가장 간단한 비 표시한 화학식 (예: 아세트산 CH2O)
3> 시성식 : 분자식을 전개하여 작용기를 표시한 화학식 (예: 아세트산 CH3COOH)
4> 구조식 : 각 원자들의 결합방식까지 표시한 화학식
5> 아세트산을 예로서 모든 종류의 화학식을 표현하면 다음과 같다.

    분자식 - C2H4O2           구조식-         H   O           
                                                         │   ∥
    실험식 - CH2O                            H─C─C─O─H
                                                         │
    시성식 - CH3COOH                           H

8. 실험식의 결정

1> 물질에 존재하는 각각의 원소들의 질량들을 구한다.
    ㉠ 물질을 연소시켜 각각의 연소 생성물을 각각 수집하여 질량을 측정한다.
    ㉡ 이산화탄소 : 소다석회 (CaO와 NaOH)나 NaOH와 CaCl2 등으로 수집할 수 있다
    ㉢ 물 : Mg(ClO4)2나 CaCl2 등으로 수집할 수 있다.
    ㉣ 연소 생성물 중에서 해당 원소가 차지하는 질량을 계산한다.

2> 물질에 존재하는 각각의 원소들의 개수비를 구한다.
    ㉠ 위에서 계산한 각각의 원소들의 질량비를 각각의 원자량으로 나누어준다.
    ㉡ 이는 원소의 개수비와 동일하므로, 가장 간단한 정수비를 찾는다.
    ㉢ 이를 토대로 실험실을 결정한다.

9. 분자식의 결정

1> 분자량을 결정한다.
    ㉠ 끓는점이나 어는점 혹은 점도를 이용하는 방법등 다수가 존재한다.
    ㉡ 가장 정확한 방법은 Mass Spectroscopy를 통한 방법이다.
    ㉢ 일정 부피 기체의 질량이 주어지면, 22.4 리터 기체의 질량을 구해서 분자량을 알 수 있다.

2> 실험식에서 원자의 개수들에 (분자량/실험실량)을 모두 곱하면 분자식이 된다.

10. 수득률 구하기

1> 한계 시약 : 반응이 진행될 때, 가장 먼저 소모되는 화학종을 말한다.
2> 이론적 수득량 : 한계 시약이 모두 소모되어 생성되는 최대 생성물의 양.
3> 실제 수득량 : 여분의 반응물이나 부산물로부터 정제하고 얻어낸 생성물의 양.
3> 퍼센트 수득률 : (실제 수득량) / (이론적 수득량) × 100