3장 화합물 분자화합물 이성분무기화합물 명명 탄화수소 알케인과 이성질체 이온과 이온화합물 이온화합물의 명명 3장 화합물 분자화합물 이성분무기화합물 명명 탄화수소 알케인과 이성질체 이온과 이온화합물 이온화합물의 명명 이온화합물의 결합과 성질 화합물의 몰수 퍼센트 조성 실험식과 분자식 결정

분자화합물 2개 이상의 비금속원소가 결합할 때 생성. 분자식 포함된 원소의 종류와 수를 보여준다. 무기화합물 C 또는 (C 와 H)를 포함하지 않는다. 물 H2O 암모니아 NH3 이산화황 SO2 유기화합물 항상 C와 H를 포함한다. 여러 다른 원소들을 포함할 수 있다. 예: 벤젠 C6H6 에탄올 C2H6O 대부분(모두는 아니지만)은 분자로 존재.

화학식의 종류 화학식의 종류 실험식(Empirical formulas): 한 화합물을 구성하는 각 원소의 원자 개수의 최소 정수 비 분자식(Molecular formulas): 한 화합물을 구성하는 각 원소의 정확한 원자 개수 골격 구조식(Structural formulas): 결합 원자들의 순서 투시도(Perspective drawings): 화합물을 구성하는 원자들의 3차원적 배열 공-막대 모형 (ball-and-stick model): 원자를 공으로 결합을 막대로 표시 공간 채움 모형 (space-filling model): 원자들의 상대적인 크기를 표시하여 분자크기 보여줌

분자식 에탄올의 분자식은 C2H6O 원자들 사이의 연결을 표시하지 않음. 2개의 C2H6O 구조식: 원자들 사이의 연결을 표시 H – C – C – O – H H | dimethyl ether H – C – O – C – H H | 축약식 비슷한 정보를 간결한 형태로 표시. CH3CH2OH CH3OCH3 C (OH처럼)에 붙은 원자단을 작용기라고 부른다. –OH 는 알코올기.

이성분 무기화합물의 명명 이성분 화합물은 2개의 서로 다른 원소를 포함. 화학식에 나타난 순서대로 원소 명명 접두사를 사용하여 원자의 개수를 나타냄. 첫 원소에는 “mono”를 사용하지 않음 두 번째 원소 이름의 마지막 부분을 “-화(-ide)”로 바꿈. 1 mono 6 hexa 2 di 7 hepta 3 tri 8 octa 4 tetra 9 nona 5 penta 10 deca

이성분 무기화합물의 명명 CO carbon monoxide NO2 nitrogen dioxide N2O Monooxide라고 하지 않음, 모음이 이어지면 하나를 생략 일산화 탄소 이산화 질소 일산화 이질소 오산화 이인 삼브로민화 인 오브로민화 인 육플루오린화 황 십산화 사인 CO NO2 N2O P2O5 PBr3 PBr5 SF6 P4O10 carbon monoxide nitrogen dioxide dinitrogen monoxide diphosphorus pentoxide phosphorus tribromide phosphorus pentabromide sulfur hexafluoride tetraphosphorus decoxide Pentaoxide 가 아니다 Decaoxide 가 아니다

이성분 무기화합물의 명명 예외: 수소와 6A족 원소(또는7A 족 원소): 모든 접두사는 생략 HCl hydrogen chloride 염화 수소 H2S hydrogen sulfide 황화 수소 HF hydrogen fluoride 프루오린화 수소 널리 사용되는 일반적인 명칭: H2O water NH3 ammonia PH3 phosphine NO nitric oxide N2O nitrous oxide N2H4 hydrazine

탄화수소 C 와 H 구성된 이성분 분자를 탄화수소라고 한다 알케인(Alkanes): C-C 단일결합으로만 되어있는 탄화수소 선형이나 가지형의 분자들이다. 화학식 CnH2n+2 Butane, C4H10 끓는점 (°C) -162 -89 -42 -1 분자량 커짐 = 끓는점 높아짐

알케인과 그들의 이성질체 구조이성질체(isomer): 분자식은 같으나 원자의 배열이 다름 butane methylpropane C4H10 | H ―C―C―C―C― methylpropane C4H10 Ι H ―C―C―C― | H C H isomers

알케인과 그들의 이성질체 알킬기 H 원자를 제거한 알케인. “-ane” with “-yl”바꿔 부름. methylpropane -CH3 methyl -CH2CH3 ethyl -CH2CH2CH3 propyl CH3CHCH3 isopropyl | Ι H ―C―C―C― | H C H Methyl 기

알케인과 그들의 이성질체 CH4 1 C9H20 35 C2H6 C10H22 75 C3H8 C4H10 2 C12H26 355 화학식 이성질체수 CH4 1 C9H20 35 C2H6 C10H22 75 C3H8 C4H10 2 C12H26 355 C5H12 3 C15H32 4,347 C6H14 5 C20H42 366,319 C7H16 9 C30H62 4.1 x 109 C8H18 18 C40H82 6.3 x 1013 C6H14

이온과 이온화합물 양이온(Cation) = “+” 이온. 금속은 양이온을 생성 Na Na+ + e- 음이온(Anion) = “-” 이온. 비금속은 음이온을 생성 S + 2 e- S2-

이온화합물 이온들이 정전기적 힘으로 결합되어 있다. 양이온 (+)과 음이온(–) 서로 끌어당긴다. 인력은 전하 크기에 비례하고 거리에 반비례. Coulomb의 법칙: 이온 사이의 힘 상수 이온 사이의 거리 Q1 = 이온의 전하 Q2 = … F = k Q1Q2 d2

이온화합물 전하는 항상 균형이 맞춰진다. 이온화합물은 항상 중성이다! 이온 화합물 전하 이온 화합물 전하 Mg2+ 와 F- MgF2 (2+) + 2(1-) = 0 Mg2+ 와 SO42- MgSO4 (2+) + (2-) = 0 Mg2+ 와 PO43- Mg3(PO4)2 3(2+) + 2(3-) = 0

이온과 이온화합물의 명명 양이온 대부분 금속이온(예외: 암모늄 이온 NH4+ ). 한가지 전하상태만 갖는 금속이온 금속이름에 이온을 붙인다. 여러 가지 전하상태를 갖는 금속이온 금속이름 옆에 (로마숫자)로 전하 표시. Na+ 소듐(sodium) 이온 Ca2+ 칼슘(calcium) 이온 Fe2+ 철(II) [iron(II)] 이온 Fe3+ 철(III) [iron(III)] 이온

양이온의 기호와 이름

이온과 이온화합물의 명명 음이온 단원자 음이온 원소이름의 어미를 지우고 대신에 –화(-ide)의 접미어를 첨가한다. H- 수소화(hydride) 이온, O2- 산화(oxide) 이온, N3- 질소화(nitride) 이온 다원자 음이온: 표 참조

음이온의 기호와 이름

산소음이온 -산(-ate) 또는 아-산(-ite)로 끝나는 접미어를 가진다. 어미의 –ate는 원소의 가장 흔한 산소음이온에 사용하고 –ite는 하나 적은 산소음이온에 사용한다. NO3- 질산(nitrate) 이온, NO2- 아질산(nitrite) 이온 SO42- 황산(sulfate) 이온 SO32- 아황산(sulfite) 이온 만약 수소를 포함하고 있으면 접두사 “hydrogen”을 붙임 HSO4- 황산수소(hydrogen sulfate) 이온 (일반명=bisulfate ion) HCO3- 탄산수소(hydrogen carbonate) 이온 (일반명=bicarbonate ion)

산소음이온 4가지 형태가 존재할 때 “과-산 (per_____ate)” 와 “하이포-산(hypo____ite)” 이름을 추가 ClO4- perchlorate 과염소산 ClO3- chlorate 염소산 ClO2- chlorite 아염소산 ClO- hypochlorite 하이포염소산 FO4- perfluorate 과플루오린산 FO3- fluorate 플루오린산 FO2- fluorite 아플루오린산 FO- hypofluorite 하이포플루오린산

이온화합물의 명명 이온결합 화합물 이름: 음이온(원소명+화) + 양이온(원소명) NaCl : 염화 소듐, KBr : 브로민화 포타슘 모든 화합물은 중성이므로 전체 전하가 0이다. 단일 전하 금속이온의 예 NaCl sodium chloride 염화 소듐 MgCO3 magnesium carbonate 탄산 마그네숨 KHSO4 potassium hydrogen sulfate 황산수소 포타슘 SrO strontium oxide 산화 스트론튬 Mg(OH)2 magnesium hydroxide 수산화 마그네슘 KMnO4 potassium permanganate 과망가니즈산 포타슘 다중 전하의 예 FeCl2 iron(II) chloride 염화 철(II) FeCl3 iron(III) chloride 염화 철(III) Cu2O copper(I) oxide 산화 구리(I) CuO copper(II) oxide 산화 구리(II)

이온화합물의 결합과 성질 이온화합물 개별 분자가 아니고 결정격자를 형성 각 이온은 다른 이온들로 둘러 쌓인다. 이온 결정은 쪼개질 수 있다: 외부 힘으로 층이 어긋나면 Na+ 반발력이 생긴다. Cl- fig 3.3 b pg 81 화학식 단위 = 양이온에 대한 음이온의 가장 작은 비

이온화합물의 결합과 성질 정전기적 힘은 이온화합물을 생성할 수 있게 해준다: Q1Q2 F = k d2 높은 녹는점 강한 인력 큰 전하 = 높은 녹는점 ions m.p. (°C) NaF +1 -1 993 CaO +2 -2 2572 비슷한 크기의 이온:

이온화합물의 성질 . 이온화합물은 고체일 때 전기절연체이다. 녹으면 전기를 통한다. 많은 이온화합물이 물에 녹아 해리된다 강한 전해질이다. 용액은 좋은 전기 전도체이다.

분자화합물과 이온화합물 성질 생성 분자화합물 비금속원소의 조합 이온화합물 금속/비금속원소의 조합 물리적 상태 기체,액체,고체. 약하고 부드럽다 결정성 고체 단단하고 깨지기 쉽다. 녹는점과 끓는점 낮다 높다 열과 전기가 잘 전도되지 않는다 녹았을 때 좋은 전기전도체 전도도 용해도 물에 잘 안 녹는다 대부분 물에 녹는다 용액에서 분자로 존재한다 해리된다

화합물의 몰 수 1 몰의 H2O : 2 몰의 H 원자와 1 몰의 O 원자를 포함한다. 몰질량 = 원자질량의 합 물분자 1개의 질량: = 2(1.008 amu) + 1(15.999 amu) = 18.015 amu 물의 몰질량: = 2(1.008 g/mol) + 1(15.999 g/mol) = 18.015 g/mol

이온화합물의 몰질량 이온화합물은 분자를 포함하지 않는다. 질량을 기술하는데 “분자량” 이라고 하지 않고 화학식량 (formular weight, 또는 몰질량)이라고 한다. 원자량 화학식량 몰질량 화합물 amu amu g/mol NaCl 22.99 + 35.45 58.44 58.44 Ca(NO3)2 40.08+2(14.01)+6(16.00) 164.10 164.10

그램-몰 환산 10.0 g 의 Ca3(PO4)2 는 몇 몰인가? g mol g mol 화학식량 = 3 40.08 + 2 30.97 g mol + 8 16.00 g mol = 310.18 Ca3(PO4)2 의 몰 수 = 10.0g = 0.0322 mol 1 mol 310.2 g

이온수화물의 몰 이온수화물(hydrates): 결정 내에 물을 포함하고 있는 이온화합물 수화물 열로 전부 또는 일부 물을 제거할 수 있다. 예 MgSO4•7H2O magnesium sulfate heptahydrate (Epsom salt) CuSO4•5H2O copper(II) sulfate pentahydrate .

백분율 조성 두 가지 표현 사용: 분자에 포함된 각 원자의 수 화합물 1몰 당 각 원소의 질량 원소의 조성백분율 = (원소의 원자수)(원소의 원자량) (화합물의 화학식량) x 100 예 sodium chlorite, NaClO2 에서 각 원소의 질량 백분율은? 몰질량 = (22.990 g) + (35.453 g) + 2(15.999 g) = 90.441 g = 22.990 g 90.441 g x 100 % = 25.42% = 35.38% %O = O 의 질량 NaClO2의 질량 2(15.999) g %Na = 1 mol NaClO2에서 Na의질량 1 mol NaClO2질량

= 35.453 g 90.441 g x 100 % 결과 확인: %Na + %O + %Cl = 25.42 + 35.38 + 39.20 = 100% %Cl = Cl 의 질량 NaClO2 의 질량 = 39.20%

실험식과 분자식의 결정 백분율 조성 실험식 실험식(empirical formula): 화학식을 원자들의 가장 간단한 백분율 조성 실험식 분자식이 아님 실험식(empirical formula): 화학식을 원자들의 가장 간단한 비로 나타낸 식 화합물 분자식 실험식 hydrogen peroxide H2O2 HO borane (boron trihydride) BH3 BH3 diborane (diboron hexahydride) B2H6 BH3 octane C8H16 CH2 butene C4H8 CH2

실험식과 분자식의 결정 예제 오렌지색 화합물의 조성은 26.6% K, 35.4% Cr, 38.0% O이다. 실험식을 결정하시오. 100.0 g 의 시료를 가정하면 %가 그램 질량이 된다. 각각의 질량을 원자량으로 나눈다. 100g 에 들어있는 각 원소의 몰 수를 준다. 결과를 가장 작은 몰 수로 나누어 준다. 가장 작은 정수 비 = 실험식

실험식과 분자식의 결정 미지 시료: 26.6% K 35.4% Cr 38.0% O 100.0 g 에는 1 mol K 39.10 g K 26.6 g K = 0.6803 mol K 1 mol Cr 52.00 g Cr 35.4 g Cr = 0.6808 mol Cr 1 mol O 16.00 g O 38.0 g O = 2.375 mol O

가장 작은 값으로 나누어 준다 (비는 변하지 않는다!) 실험식과 분자식의 결정 실험식 = 가장 작은 정수 비로 표시 가장 작은 값으로 나누어 준다 (비는 변하지 않는다!) x2 2 0.6803 mol 0.6808 mol 2.375 mol K Cr O = 1.000 = 1.001 = 3.491 0.6803 mol x2 2 x2 7 적당한 수를 곱하여 정수로 만들어 준다. 실험식은 K2Cr2O7

실험식 계산 예제: 화합물 para-aminobenzoic acid (PABA, 선텐 로숀의 성분)가 61.31% 탄소, 5.14% 수소, 10.21% 질소와 23.33% 산소로 구성되어 있을 경우 PABA의 실험식을 구하라. 풀이 100.00 g의 para-aminobenzoic acid라고 가정하면 각 원소의 몰 수는 다음과 같다. C: 61.31 g x = 5.105 mol C H: 5.14 g x = 5.09 mol H N: 10.21 g x = 0.7288 mol N O: 23.33 g x = 1.456 mol O 1 mol 12.01 g 14.01 g 1.01 g 16.00 g

몰 수의 최소값으로 나누어 몰 비를 계산한다. 실험식: C7H7NO2 5.105 mol C: = 7.005  7

실험식과 분자식의 결정 분자량을 알면 분자식을 결정할 수 있다. 예 비타민C 의 실험식은 C3H4O3 이고 분자량은 175 g/mol이다. 실험식량: 3(12.01) + 4(1.008) + 3(15.99) = 88.03 g/mol 실험식량 ≈ ½(분자량) 분자식 = 2(실험식) = C6H8O6

생물학적 주기율표 신체의 원소 기호 atoms/106 atoms 98.0% 99.3% 0.7% 존재비율 Hydrogen H 630,000 Oxygen O 255,000 Carbon C 94,500 Nitrogen N 13,500 Calcium Ca 3,100 Phosphorus P 2,200 Chlorine Cl 570 Sulfur S 490 Sodium Na 410 Potassium K 260 Magnesium Mg 130 98.0% 99.3% 0.7%

생물학적 주기율표