제1장. 화학이란 무엇인가  

화학: 21세기를 위한 과학 건강과 의약 공중위생 체계 마취제를 사용한 수술 백신과 항생제 유전자 요법 에너지와 환경 화석 연료 태양 에너지 핵 에너지

화학: 21세기를 위한 과학 재료 및 기술 고분자, 세라믹, 액정 상온 초전도체란? 분자 컴퓨팅? 식량과 농업 유전자 조작 곡물 “천연” 농약 특화 비료

화학 거시적 미시적

가설(hypothesis) : 관찰된 것들에 대한 잠정적 설명 과학적 방법은 체계적인 연구이다 해석 가설(hypothesis) : 관찰된 것들에 대한 잠정적 설명 시험 변경

법칙(law) : 같은 조건 아래에서 늘 일정하게 일어나는 현상들 사이의 관계를 간략한 언어 혹은 수학적으로 표시한 것 힘 = 질량 x 가속도 이론(theory) : 여러 사실들을 설명한 원리 혹은 사실들에 근거한 법칙들을 종합한 것 원자이론

물에 대한 3가지 물질의 상태: 고체 얼음, 액체 물, 기체 수증기 화학(Chemistry)은 물질과 물질의 변환을 연구하는 학문이다 물에 대한 3가지 물질의 상태: 고체 얼음, 액체 물, 기체 수증기

화학(Chemistry)은 물질과 물질의 변환을 연구하는 학문이다 물질과 물질의 변환을 연구하는 학문이다 물질(Matter) : 공간을 채우며 질량을 가지고 있는 것 순물질(substance) : 일정하고 균일한 조성과 독특한 성질을 갖는 물질이다. liquid nitrogen gold ingots silicon crystals

혼합물(mixture) : 둘 이상의 순물질이 각각의 고유한 성질을 유지하면서 서로 섞여 있는 것이다. 균일 혼합물(Homogenous mixture) – 혼합물의 성분이 전체적으로 일정한 것 음료, 우유 불균일 혼합물(Heterogeneous mixture) – 혼합물의 성분이 전체적으로 일정하지 않은 것 시멘트, 모래와 쇳가루의 혼합물

물리적 방법(Physical means) 을 사용하여 혼합물로 부터 순수한 성분으로 분리할 수 있다 증류 자석

원소(element) : 화학적 방법(chemical means)으로는 더 단순한 순물질로 분리할 수 없는 물질. 117 종의 원소가 알려져 있다 82 개의 원소가 지구에 천연으로 존재 금, 알루미늄, 납, 산소, 탄소, 황 35 개의 원소는 과학자들에 의해 만들어 졌다 테크네튬(technetium), 아메리슘(americium), 시보귬(seaborgium)

dry ice – carbon dioxide 화합물(compound) : 둘 이상의 원소 원자들이 정해지는 비율에 따라 화학적으로 결합하여 만들어진 물질 화합물은 화학적인 방법으로만 원래의 순수한 구성성분(원소)로 분리될 수 있다 lithium fluoride quartz dry ice – carbon dioxide Li + F2 Si + O2 C + O2

물질의 분류

변화의 타입 물리적 변화(physical change) : 물질의 구성성분이나 본질을 변화시키지 않는 것 얼음이 녹는 것 설탕이 물에 녹는 것 화학적 변화(chemical change): 물질의 구성성분이나 본질을 변화시키는 것 수소가 공기 중에서 연소되어 물이 되는 것

비교: 물질의 세가지 상태

크기 성질과 세기 성질 크기 성질(extensive property) : 물질의 크기 성질은 물질의 양과 관계된 것이다 질량(mass) 길이(length) 부피(volume) 세기 성질 (intensive property) : 물질의 세기 성질은 물질의 양과는 관계가 없는 것이다 밀도 (density) 온도 (temperature) 색 (color)

물질(Matter) – 부피와 질량(mass)을 가진 것 질량의 SI unit 은 kilogram (kg) 1 kg = 1000 g = 1 x 103 g 무게(weight) – 중력이 물체에 작용하는 힘 무게 = c x 질량 지구, c = 1.0 달 , c ~ 0.1 1 kg 막대 1 kg 0.1 kg 1 kg 지구 0.1 kg 달

International System of Units (SI) 국제 단위계

부피(Volume) – 부피의 SI 단위는 세제곱미터(m3)이다 1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m3 1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3 1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm3 1 mL = 1 cm3

밀도(Density) – 밀도의 SI 단위는 kg/m3 이다 1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3 밀도 = 질량 부피 d = m V

세가지 온도단위의 비교 K = °C + 273.15 9 °F = x °C + 32 5 273 K = 0 °C 32 0F = 0 °C 212 0F = 100 °C

과학적 표기법 1.99 x 10-23 N x 10n N 은1 과10 사이의 수 n 은 양수 혹은 음수 수소 1 g 에 있는 원자의 개수: 602,200,000,000,000,000,000,000 6.022 x 1023 수소원자 1개의 질량(g) : 0.000000000000000000000001661 탄소 12 g 에 있는 원자의 개수: 602,200,000,000,000,000,000,000 6.022 x 1023 탄소원자 1개의 질량(g) : 0.0000000000000000000000199 1.99 x 10-23 N x 10n N 은1 과10 사이의 수 n 은 양수 혹은 음수

과학적 표기법 덧셈 혹은 뺄셈 568.762 0.00000772 소수점을 왼쪽으로 이동 소수점을 오른쪽으로 이동 n > 0 n < 0 568.762 = 5.68762 x 102 0.00000772 = 7.72 x 10-6 덧셈 혹은 뺄셈 각각을 동일한 지수(n)로 변경 N1 과 N2 더하기 지수, n, 는 그대로 4.31 x 104 + 3.9 x 103 = 4.31 x 104 + 0.39 x 104 = 4.70 x 104

과학적 표기법 곱셈 나눗셈 (4.0 x 10-5) x (7.0 x 103) = N1 과 N2 곱하기

유효 숫자 (Significant Figures) 측정값이나 계산값의 의미 있는 수 0 이 아닌 모든 숫자는 유효하다 1.234 kg 유효 숫자 4 개 0 이 아닌 숫자 사이에 있는 0 은 유효하다 606 m 유효 숫자 3 개 첫 번째 0 이 아닌 숫자의 왼쪽에 있는 0 은 유효하지 않다 0.08 L 유효 숫자 1 개 1 보다 큰 숫자인 경우, 소수점 오른쪽에 있는 모든 0 은 유효하다 2.0 mg 유효 숫자 2 개 1 보다 작은 숫자인 경우, 숫자의 끝이나 숫자들 중간에 있는 0 만이 유효하다 0.00420 g 유효 숫자 3 개

유효 숫자 덧셈과 뺄셈 계산 결과는 원래 숫자보다 소수점 아래 자릿수가 많을 수 없다. 89.332 1.1 + 90.432 소수점 아래에 1개의 유효숫자 반올림하여 90.4 3.70 -2.9133 0.7867 소수점 아래에 2개의 유효 숫자 반올림하여 0.79

유효 숫자 곱셈과 나눗셈 계산 결과의 유효 숫자의 갯수는 원래 숫자들의 유효 숫자들 중에서 가장 작은 유효 숫자의 갯수에 의해 정해진다. 4.51 x 3.6666 = 16.536366 = 16.5 유효숫자 3개 유효숫자 3개로 반올림 6.8 ÷ 112.04 = 0.0606926 = 0.061 유효숫자 2개 유효숫자 2개로 반올림

유효 숫자 정확한 수(Exact Numbers) 정의에 의한 정확한 수 또는 물체의 수를 세어서 얻어진 정확한 수는 무한한 유효숫자를 가지고 있는 것으로 취급 측정된 세 길이의 평균 : 6.64, 6.68 and 6.70? 6.64 + 6.68 + 6.70 3 = 6.67333 = 6.67 = 7 3은 정확한 수(exact number)이다

정확도(Accuracy) – 측정값이 측정된 양의 실제 값에 얼마나 근접한가를 말해준다 정밀도(Precision) – 같은 양을 두 번 이상 측정할 때 그 측정값이 서로 얼마나 가까운가를 말한다 좋은 정확도와 좋은 정밀도 나쁜 정확도와 좋은 정밀도 나쁜 정확도와 나쁜 정밀도

문제 풀이를 위한 단위해석 방법 어떤 변환 인자가 필요한 가를 결정 계산과정에서 단위를 유지 필요한 단위를 제외한 다른 모든 단위들이 상쇄되면 문제가 맞게 풀어진 것이다. 주어진 양 x 변환 인자 = 원하는 양 원하는 단위 주어진 단위 주어진 단위 x = 원하는 단위