분자와 거시물체 최정훈 20062033 김순조 20041052.

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1 분자와 거시물체 최정훈 김순조

2 분자와 원자 돌턴의 원자설과 아드보가드로의 분자설에 의해 화합물의 기본입자는 분자이며 분자를 이루고 있는 기본 입자는 원자임을 밝혀냈다 구분 돌턴의 원자설은 각 원소는 원자라고 하는 작은 입자로 이루어져 있다. 한 가지 원소의 원자는 모두 동일하다. 서로 다른 원소의 원자들은 본질적으로 다르다. 화합물은 다른 원소의 원자들이 서로 결합함으로써 형성된다. 한 가지 화합물에는 언제나 동일한 원자들이 일정한 비로 존재한다. 화학반응은 원자들이 재편성되는 과정이다. 이 변화는 원자들이 결합하는 방식이 변화하는 것이지 원자자체가 화학반응에서 변하는 것은 아니다.

3 아보가드로의 가설 동일한 온도와 압력 조건에서 동일한 부피 속에 존재하는 기체 입자의 수는 기체의 종류와 상관없이 일정하다.
수소 2부피와 산소 1부피가 반응하여 수증기 2부피를 형성한다.

4 아보가드로의 분자설 돌턴의 생각이 잘못되었다는 것을 밝혀냄 그는 원자와 분자를 나누어 생각하여 '기체는 분자라고 하는 작은 알갱이로 이루어져 있고, 분자는 원자 몇 개가 서로 결합하여 이루어진 알갱이'라고 가정하였다. 아보가드로가 1811년에 제창한 이 가설을 '아보가드로의 분자설'이라고 한다. 이 분자설로써 그 때까지 제대로 맞지 않던 돌턴의 원자설이 바로잡히게 되었다. 돌턴과 아보가드로가 세운 원자설과 분자설은 그 뒤 스웨덴의 화학자 베르셀리우스(1779~1848년)가 여러 가지 원소들의 원자량(원자의 질량)을 자세히 정함으로써 기틀이 더욱 단단해지게 되었다. 그러는 동안에 전기에 대한 지식도 발전하여, 전기 분해의 연구로 점점 더 많은 원소를 찾아냈다. 또한 이러한 화학 지식을 바탕으로 하여 화학 공업이 발전하였고, 19세기부터는 물감이나 화학 약품이 많이 만들어졌다.

5 분자와 원자 원자- 그리스어로 '쪼갤 수 없는'이라는 뜻의 아토모스(atomos)에서 유래된 말로 특히 화학반응에 관계하는 화학원소의 최소단위에 사용된다. 분자-일정한 질량·구조·원자조성을 가진다. 원자는 분자를 이루는 기본단위이며, 분자는 순수한 화합물에서 그 특징적인 조성과 화학적 성질을 유지시키는 가장 작은 입자이다. 분자는 수나 종류의 변화 없이 물리적 변화를 할 수도 있으나(예를 들어 물이 고체·액체·기체로 상태변화) 화학반응을 통해 변형될 수도 있다. 분자의 총괄적인 화학작용은 분자를 이루는 원자들과 그들 사이의 화학결합의 특성에 의해 결정된다. 전자가 둘 이상의 원자핵의 인력을 동시에 받아 생기는 결합은 원자핵간 거리를 가깝게 한다. 결합이 생기거나 끊어지는 모든 화학반응은 원자의 전자구조상 변화로 설명될 수 있다.

6 - 전자의 전하량과 크기가 동일한 양전하를 띤다.. 핵에서 중성자(Neutron) 발견
 전자 핵 속에서 양성자(Proton) 발견 - 전자의 전하량과 크기가 동일한 양전하를 띤다.. 핵에서 중성자(Neutron) 발견 양성자와 질량이 거의 동일하나 전하를 띠지 않는다.      그림 핵이 존재하는 원자의 단면도

7 만일 모든 원자들이 이렇게 동일한 성분으로 구성된다면, 왜 원자 종류에 따라 화학적 성질이 다른 것일까
만일 모든 원자들이 이렇게 동일한 성분으로 구성된다면, 왜 원자 종류에 따라 화학적 성질이 다른 것일까?” 전자의 배치와 개수가 다르다. 전자는 원자부피의 대부분을 차지하고, 원자가 결합하여 분자를 이룰 때 “서로 섞이는” 부분이다. 동위원소(Isotope) 동일한 수의 양성자와 다른 수의 중성자를 가짐

8 원자의 구조 (1) 원자의 구성 [1] 전자의 발견 음극선 실험(톰슨) :
 [1] 전자의 발견 음극선 실험(톰슨) : 일정한 질량을 가지며 직진성이 있는 (－)전하를 띤 전자를 확인음극선의 진행 방향에 장애물을 놓았더니 반대편에 그림자가 생겼다.→ 음극선은 직진성이 있다.  음극선의 진행 방향에 바람개비를 놓았더니 바람개비가 움직였다. → 음극선은 질량을 가진 입자이다· 음극선의 진행 방향과 수직으로 전기장을 걸었더니 (＋)극 방향으로 진로가 휘어졌다. → 음극선은 (－)전하를 띠고 있다.     

9 음극선관(cathode ray tubes)이라고 하는 진공관내에서 일어나는 전기방전 연구
J. J. Thomson 음극선관(cathode ray tubes)이라고 하는 진공관내에서 일어나는 전기방전 연구 원자구조에 대한 이해 한 개의 원자는 양전하가 넓게 퍼진 구름형태를 띠고 있으며 음전하를 띤 전자가 그 안에 무질서하게 박혀있을 것

10 [2] 원자핵의 발견 (러더퍼드) 원자의 구성입자 α입자 산란 실험 원자의 대부분은 빈 공간으로 되어있다.
  [2] 원자핵의 발견   (러더퍼드) 원자의 구성입자 α입자 산란 실험 원자의 대부분은 빈 공간으로 되어있다.    원자핵은 (＋)전하를 띤 입자이다.  원자 질량의 대부분은 원자핵에 집중되어 있다. 수소 원자 스펙트럼의 문제: 원자에서 방출되는 빛이 선스펙트럼으로 나타난다는 사실을 설명할 수 있다.            

11 러더퍼드의 금속 박막에 대한 알파입자 충격 실험
    핵 원자란 양전하를 띠고 밀도가 높은 중심부, 즉 핵(nucleus)이 있고 핵의 지름에 비해 매우 먼 거리를 떨어져 핵 주위를 돌고있는 전자로 구성된 원자이다. 러더퍼드의 금속 박막에 대한 알파입자 충격 실험            

12 [3] 질량수와 동위 원소 원자의 구성입자 (2) 원자 모형과 원자 오비탈 [1] 보어의 원자 모형 ① 원자 모형의 변천
    [3] 질량수와 동위 원소 원자의 구성입자 ① 원자 번호＝양성자 수＝전자 수 ② 질량수＝양성자 수＋중성자 수 ③ 동위 원소 · 원자 번호는 같고 질량수가 다른 원소 · 양성자 수는 같고 중성자 수가 다른 원소 화학적 성질은 같고 물리적 성질은 다르다.      ex) 1H, 2H, 3H      16O, 17O, 18O    (2) 원자 모형과 원자 오비탈   [1] 보어의 원자 모형 ① 원자 모형의 변천 돌턴 : 원자는 단단하고 더 이상 쪼갤 수 없는 공과 같다. 톰슨 : (＋)전하 속에 (－)전하를 띤 전자가 고루 퍼져 있다. 러더퍼드 : 원자의 중심에 원자핵이 있고 그 주위에 전자가 분포하고 있다. 보어 : 전자는 원자핵 주위를 일정한 궤도로 운동하고 있다.  현대 : 전자가 원자핵 주위에 구름처럼 퍼져 있다.            

13 ② 수소 원자의 스펙트럼 ㉠  선 스펙트럼이 나타나는 이유 : 에너지 준위가 높은 상태에서 낮은 상태로 전자가 전이할 때 일정한 진동수의 빛만 방출하기 때문이다. ㉡ 스펙트럼 계열 발머 계열(가시광선 영역) : 높은 에너지 준위에서 n=2인 준위로 떨어질 때 방출되는 빛 라이먼 계열(자외선 영역) : 높은 에너지 준위에서 n=1인 준위로 떨어질 때 방출되는 빛 파셴 계열(적외선 영역) : 높은 에너지 준위에서 n=3인 준위로 떨어질 때 방출되는 빛

14 화학결합 화학식(Chemical Formula) 화학결합 : 화합물 내에서 원자를 서로 잡아두는 힘
공유결합(Covalent bonds) : 전자를 공유함으로서 분자(Molecule) : 공유결합으로 형성된 원자의 집합체 수소(H2) 물(H2O) 산소(O2) 암모니아(NH3) 화학식(Chemical Formula) 나트륨은 Na, 염소는 Cl처럼 화합물의 원소를 나타내는 기호와 각 구성원소의 상대적인 원자수를 나타내는 하첨자로 이루어져 있다 구조식(Structural Formula) 분자식을 화학 기호로 풀어서 분자 안에 들어 있는 각 원자의 결합이나 배열 상태를 원소 기호와 결합 기호를 써서 도식적으로 나타낸 것. 예를 들면 물의 구조식을 ‘H―O―H’로 나타내는 따위를 이른다.

15 보어 [Bohr, Niels Henrik David]
20세기의 가장 중요한 과학자 가운데 한 사람이다. 한 계의 에너지는 일정한 불연속적인 값들로 제한되어 있다는 양자론(量子論)을 원자구조와 분자구조에 최초로 적용했다. 그는 거의 반세기 동안 양자물리학을 이끌어온 인물로서 주요한 공헌을 했으며 1922년 노벨 물리학상을 받았다 맨체스터에서 보어는 러더퍼드가 새로이 제안한 원자핵 모형의 이론적 의미에 대해 연구했다. 그는 원자번호의 중요성을 이해한 선각자 가운데 한 사람이었다. 원자번호는 주기율표에서 어떤 원소의 위치를 정해주는 것으로 그 원소의 원자핵의 전하수와 같다. 원소들의 다양한 물리적·화학적 성질은 그 원소의 원자핵 주위를 움직이는 전자들에 의존하고 작지만 무거운 핵에 의해서는 오직 원자량과 가능한 방사성 작용만이 결정된다는 것을 인식했다. 러더퍼드의 핵원자는 역학적·전자기적으로 불안정했지만, 보어는 막스 플랑크, 알베르트 아인슈타인과 몇몇 다른 이론물리학자들이 발전시키고 있던 새로운 양자론의 착상들을 도입함으로써 러더퍼드의 핵원자에 안정성을 부과했다. 이는 고전물리학에서 근본적으로 벗어난 것으로, 보어는 모든 원자는 몇 가지 불연속적인 안정상태 또는 정상상태에서만 존재할 수 있고 이 정상상태는 각각 일정한 에너지값을 가진다고 가정했다.

16 원자의 양자론에 관해 보어가 쓴 논문에서 가장 두드러진 결과는 수소원자가 방출하는 빛의 스펙트럼에서 관찰되는 일련의 선들을 설명하는 방식이었다(→ 양자). 그는 자신의 이론으로부터 상당히 정확하게 이 스펙트럼선들의 진동수를 결정할 수 있었다. 진동수는 전자의 전하, 질량, 플랑크 상수(기호 h로 표시하는 작용양자)로 표시되었다. 또한 보어는 원자가 안정상태에 있을 때는 복사를 하지 않고 두 안정상태 사이에서 전이할 때에만 복사한다고 가정했다. 그렇게 방출된 복사가 가지는 진동수는 그 상태 사이의 에너지 차이를 플랑크 상수로 나눈 값과 같다. 이는 원자가 연속적으로 복사를 흡수하거나 방출할 수는 없고 오직 일정한 단계들이나 양자도약에서만 복사의 흡수·방출이 가능함을 의미한다. 이는 또한 한 원자가 내는 복사의 다양한 진동수들은 그 원자 안에서 움직이는 전자들이 가지는 진동수들과 같지 않다는 것을 의미하는데, 이러한 생각은 그당시에는 받아들이기가 매우 어려운 대담한 착상이었다. 그러나 보어의 이론이 새로운 분광학 실험과 다른 실험들에 의해 확증되었을 때, 대부분의 물리학자들은 아인슈타인이 말했던 것처럼 그것이 '엄청난 업적'임을 인식했다. 보어는 그의 마지막 몇 년 동안 생물학과 인류학으로부터 인간은 행동하며, 그 행동에 대한 관찰자이기도 하다는 오래된 문제에 이르기까지 인간의 삶과 사고의 많은 측면에 상보성이론이 도움이 될 수 있는 점들을 지적하려 했다. 보어는 몇 세대에 걸친 물리학자들에게 큰 영향을 주어 과학과 삶에 대한 그들의 접근을 깊이있게 했다. 그 자신은 항상 배우려는, 심지어 그의 가장 젊은 공동연구자들로부터도 배우려는 준비가 되어 있었다. 그는 그의 공동연구자들, 아들들, 아내, 남동생과의 밀접한 유대로부터 힘을 얻었다. 그의 정신은 상당히 국제적이었지만 그만큼 덴마크적이었고 그의 고유한 문화에 굳게 뿌리를 두고 있었다. 이러한 점은 그의 많은 대중적 역할들로 상징되는데 특히 1939년부터 그가 사망할 때까지 맡았던 덴마크 왕립 아카데미 책임자로서의 역할에서 두드러졌다.

17 1.보어의 원자론 →고전전자기학 이론에 따르면 원자핵 주위를 운동하고 있는 전자가 원자핵과 충동하면 에너지를 방출하게 되는데, 그렇게 되면 원자의 안정성이 문제가 된다. 이를 해결하기 위한 가설인 에너지를 방출하지 않는 일정한 궤도에 전자가 존재하리라는 것이 보어의 원자모델이다. ①보어 원자론의 가정 •전자가 차지할 수 있는 에너지 레벨(일종의 궤도)이 연속적이 아니고 불연속적으 로 띄엄띄엄 떨어져 있을 거라고 가정했다. •전자가 원자핵 주위를 돌면서 에너지를 잃지 않는다고 가정했다. ②현재의 원자모델 →전자가 어느 일정한 궤도에 존재하는 것이 아니라 원자핵 주위에 확률적으로 분포할 것이라는 것이 현재의 원자모델이다. 이 확률적 분포라는 것이 결국 우리가 흔히 말하는 오비탈(궤도함수)이다. 2.전자배치(오비탈, 전자껍질) ①오비탈 : 오비탈(궤도함수)은 전자가 분포하는 확률인데, 그 분포 모양에 따라 s, p, d, f ...등으로 나뉘게 된다. ②전자껍질 : 전자들이 취하는 에너지상태를 간단히 구별하기 위해서 원자핵을 중심으로 한 전자들이 이루는 여러 층의 껍질을 말하며 전자각이라고도 한다. 원자 내의 전자는 에너지가 낮은 껍질(K, L, M, N)부터 차례로 들어가 주기율이 성립된다. ③전자가 채워지는 순서 →전자껍질은 K, L, M, N순으로 2n²개의 전자를 가진다. 각 껍질은 핵에서 멀어질수록 높은 위치에너지를 가지고, 각 전자껍질은 자신의 크기에 맞게 여러 개의 전자를 가지고 있다. 그러므로 핵으로부터 멀리 있는 껍질일수록 크기가 커져 여러 개의 전자를 가질 수 있다. 전자는 각 전자껍질에 그냥 들어가는 것이 아니라 전자껍질 안에 있는 오비탈 내에 분포한다. 오비탈은 모양에 따라 s, p, d, f로 나타낸다고 했는데 s는 한칸, p는 세칸, d는 다섯칸, f는 일곱칸으로 이루어져 있다. 정확히 말하면 한칸 한칸을 오비탈이라고 한다. ④전자배치의 법칙 •축조원리 : 전자는 에너지준위가 낮은 전자껍질(오비탈)부터 차곡차곡 채워진다. •훈트의 법칙 : 각 오비탈에 들어가는 전자들은 되도록 서로 다른 오비탈을 차지하 려한다. •파울리의 배타법칙 : 각 오비탈에는 전자가 최대로 두 개까지 채워진다. ex) 이러한 원칙으로 여러 원자들의 전자배치를 하면 다음과 같은 모양이 된다. ⑤전자배치분석 →그림에서 바깥전자의 수가 같은 그룹끼리 일정하게 모여짐을 확인할 수 있다. →같은 주기의 원소는 전자껍질이 같음을 알 수 있다.

18 ③ 보어의 수소 원자 모형 n=1 2 3 4 K L M N ㉠ 전자는 불연속적인 일정한 에너지 상태에서만 존재한다.
㉡ 전자 껍질 : 전자가 돌고 있는 궤도                     n=1    2     3     4                         K    L    M    N ㉢ 전자 껍질의 에너지 준위는 핵에서 멀어질수록 증가한다. (K<L<M<N<…)   · 바닥 상태 : 전자의 에너지가 가장 낮은 상태로, 가장 안정한 상태   · 들뜬 상태 : 바닥 상태보다 에너지가 높은 상태  ㉣ 수소 원자에서 각 전자 껍질의 에너지 준위는 n값에 따라 결정된다.  ㉤ 일정한 궤도를 운동하는 전자는 에너지를 방출 또는 흡수하지 않는다.  ㉥ 전자가 다른 전자 껍질로 이동할 때에는 두 궤도 사이의 에너지 차이만큼의 에너지를 흡수 또는 방출한다.

19 [2] 원자 오비탈 ① 오비탈 ㉠ 전자 껍질을 이루는 에너지 상태들(전자 부껍질)
㉡ 원자핵 주위의 어떤 공간에서 전자가 발견될 수 있는 확률. ㉢ s오비탈 : 구형이며 방향성이 없다 ㉣ P오비탈 : 아령 모양으로 방향이 서로 직교하는 3개의 오비탈이 존재한다 ② 각 전자 껍질에 존재하는 오비탈의 종류와 수

20 [2] 원자의 전자 배치 ① 전자는 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 채워진다.
 [2] 원자의 전자 배치 ① 전자는 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 채워진다.             ② 각 전자 껍질에는 최대 2n2 개까지 전자가 채워진다.  ③ 원자가전자 가장 바깥 전자 껍질에 존재하는 전자 원자의 화학적 성질을 결정하며 화학 반응에 관여 원자가전자가 8개일 때 가장 안정하다

21 (3) 원자의 전자계 질서 [1] 원자 오비탈의 에너지 준위
 (3) 원자의 전자계 질서 [1] 원자 오비탈의 에너지 준위             ① 전자 껍질의 에너지 준위는 K<L<M<N 순으로 증가하고 오비탈의 에너지 준위는s<p<d<f 순으로 증가한다. ② 수소 원자의 에너지 준위 1s<2s=2p<3s=3p=3d<4s=4p=4d=4f<5s … ③ 다전자 원자의 에너지 준위 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s …          [2] 전자 배치에 적용되는 원리 ① 파울리의 배타 원리 : 1 개의 오비탈에는 최대 2개의 전자가 들어갈 수 있다. ② 훈트의 규칙 : 에너지 준위가 같은 여러개의 오비탈에 전자가 들어갈 때에는                홀전자 수가 많을수록 안정하다.                

22 주기율표 (전자 배치)

23 족                · 주기율표의 세로줄 (1∼18족)                · 같은 족의 원소들은 원자가전자 수가 같아 화학적 성질이 비슷하다.            주기     · 주기율표의 가로줄 (1∼7주기)                · 같은 주기에 있는 원소들은 같은 수의 전자 껍질을 가진다.                · 주기는 전자 껍질수와 같다.                · 3주기까지는 단주기, 4주기 이후는 장주기라고 한다. 전형원소                 · 1, 2, 12~18족 원소                · 원자가전자의 수가 족의 번호 끝자리 숫자와 일치                · 동족 원소는 화학적 성질이 비슷하다.                · s 오비탈이나 p 오비탈에 전자가 채워진다.                 ㉠ 금속 원소                    · 원자가전자 수가 1∼3개로 원자가전자를 잃고 양이온이 되기 쉽다.                    · 주기율표의 왼쪽 아래로 갈수록 금속성이 커진다.  ㉡ 비금속 원소                    · 원자가전자 수가 4개 이상으로 전자를 얻어 음이온이 되기 쉽다.                    · 주기율표의 오른쪽 위로 갈수록 비금속성이 커진다.                 ㉢ 양쪽성 원소                    · 금속과 비금속의 성질을 모두 가지고 있다.                    · 산, 염기와 모두 반응하여 수소 기체를 발생한다.                 · Al, Zn, Sn, Pb            

24 전이 원소                · 3~11족 원소                · 부분적으로 채워진 d 또는 f 오비탈을 가지고 있다.                · 족에 관계없이 원자가전자가 1~2개이므로 성질이 모두 비슷하다.                · d 오비탈의 전자도 결합에 관여하므로 여러 가지 산화수를 갖는다.                · 착이온이나 착화합물을 만들며 이온은 색깔을 띠는 것이 많다.   3. 원소와 화합물 (1) 알칼리 금속과 그 화합물      [1] 알칼리 금속의 성질             ① 은백색 광택, 연하고 가벼운 금속             ② 원자 번호가 증가할수록 녹는점과 끓는점이 낮아지고, 밀도는 커진다.  ③ 원자가전자가 1개로, ＋1가의 양이온이 되기 쉽다.             ④ 공기 중에서 쉽게 산화된다.       4Na＋O2 → 2Na2O   ⑤ 물과 격렬히 반응하여 수소 기체를 발생하고, 용액은 염기성이 된다.        2Na＋2H2O → 2NaOH＋H2↑    ⑥ 공기나 물과의 반응성이 크므로 석유나 벤젠, 액체 파라핀 속에 보관한다.  ⑦ 원자 번호가 증가할수록 반응성이 커진다.                  Li<Na<K<Rb<Cs             ⑧ 검출 : 불꽃 반응                 ex) Li : 붉은색, Na : 노란색, K : 보라색     

25 ㉢ 공기 중의 수분을 흡수하여 스스로 녹는 조해성이 있다. (밀폐시켜 보관)
2] 알칼리 금속의 화합물            ① NaOH                 ㉠ 흰색의 반투명한 고체                 ㉡ 물에 녹아 강한 염기성을 나타낸다.                 ㉢ 공기 중의 수분을 흡수하여 스스로 녹는 조해성이 있다. (밀폐시켜 보관)                 ㉣ 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 탄산나트륨으로 된다.                     2NaOH＋CO2 → Na2CO3＋H2O            ②  Na2CO3   ㉠ 제법 : 솔베이법(암모니아 소다법)                    NaCl＋NH3＋CO2＋H2O → NaHCO3↓＋NH3Cl                     2NaHCO3 → Na2CO3＋CO2＋H2O ㉡ 약한 염기성 ㉢ 공기 중에 방치하면 스스로 결정수를 잃고 부서지는 풍해성이 있다.                      Na2CO3·10H2O → Na2CO3·H2O                ㉣  산을 가하면 CO2가 발생한다.      Na2CO3＋2HCl → 2NaCl＋H2O＋CO2↑            ③ NaHCO3(중조)      

26 (3) 전이 원소      [1] 전이 원소의 전자 배치             ① 전이 원소의 전자 배치 : 마지막 전자가 d 또는 f 오비탈에 채워진다. ② 전이 원소 이온의 전자 배치 : 전이 원소가 이온이 될 때는 s 오비탈의 전자가 먼저 떨어져                 나가고  다음으로 d 오비탈의 전자가 떨어져 나간다.      [2] 전이 원소의 특성             ① 대부분 중금속으로 녹는점, 끓는점이 높고, 밀도가 크다. ② 족에 관계없이 원자가전자가 1∼2개이므로 화학적 성질이 모두 비슷하다.             ③ 이온이나 화합물은 대부분 색깔을 띤다.   ④ 반응성이 작아 촉매로 많이 쓰인다.  ⑤ s와 d오비탈의 전자가 결합에 관여하므로 여러 가지 산화수를 갖는다.      [3] 중요한 전이 원소와 그 화합물 ① 철과 그 화합물                 ㉠ Fe2＋의 검출        Fe2＋＋Fe(CN)63－ → 푸른색 앙금(턴불 파랑)                 ㉡ Fe3＋의 검출       Fe3＋＋Fe(CN)64－ → 푸른색 앙금(프러시안 파랑)         Fe3＋＋SCN－ → Fe(SCN)2＋(진홍색 용액)

27 ② 크롬과 그 화합물                 ㉠ Cr2O72－＋14H＋＋6e－ → 2Cr3＋＋7H2O                 ㉡ 2CrO42－(노란색)＋2H＋ → Cr2O72－(주황색)＋H2O             ③ 망간와 그 화합물                 ㉠ MnO2 : 산화제, 촉매    ㉡ MnO4－(적자색)＋8H＋＋5e－ → Mn2＋(무색)＋4H2O      [4] 착이온             ① 착이온 : 금속 이온에 분자나 이온이 배위 결합을 하여 생성된 이온                 ㉠ 금속 이온 : Cu2＋, Ag＋, Zn2＋, Co3＋ 등  ㉡ 리간드 : 금속 이온에 비공유 전자쌍을 제공하여 배위 결합을 하는 분자나 이온                     ex) NH3, H2O, Cl－, CN－                 ㉢ 배위수 : 금속 이온에 결합되어 있는 리간드의 수 ② 착이온의 입체 구조

28 거대분자 지름이 약 100~1만Å인 매우 큰 분자 세포에는 104~105개의 서로 다른 종류의 분자를 지니고 있다.
무기이온, 유기물등 거대분자(Macromolecule)의 종류  단백질: 아미노산의 중합체이며 화학반응을 촉매, 구조적 단위의 주요성분이다.  다당류: 당의 중합체이며 에너지 저장, 세포벽을 구성하고 있다.  핵   산: nucleotide의 중합체, 유전정보를 저장 및 운반 한다. 

29 단백질,핵산, 염기,인산 ▶ 단백질 아미노산으로 구성된 중합체이며 아미노산은 1개의 alpha-carbon을 중심으로 carboxyl group, amono group, hydrogen and R group(or side chain)이 결합되어 있다. 한 아미노산의 amino group에 존재하는 amino termius(or N-terminus)와 인접한 아미노산의 carboxyl group에 존재하는 carboxyl terminus(C-terminus)가 결합되어진 것을 peptide bone(or amide linkage)라 한다. 이러한 결합이 연속적으로 이루어져 선상에 배열을 하는데 이것을 polypeptide라 한다(단백질의 형성). polypeptide의 양 말단은 amino group과 carboxyl group을 가지고 있는 아미노산이 있는데 각각 N-terminal amino acid, C-terminal amino acid라 한다. 또한 많은 단백질은 side chain에 metal ion(Zn2+, Cu2+, Fe3+)과 복합체를 형성하고 있다. <Essential Information> 단백질들은 alphar-amino acids로 이루어진 중합체(polymers)이다. 각각 하나의 carboxyl group과 amino group이 같은 carbon, 즉 alpha-carbon에 결합되어 있다. 또한 두 개의 다른 그룹도 이 carbon과 결합되어 있다. 단백질은 백개 이상의 아미노산으로 이루어져 있다(polypeptide 형성). ▶ 핵산(Nucleic acid) 핵산: nucleotide의 중합체(polymer) Nucleotide의 구조: 당 +염기 +인산 ⅰ) 고리구조의 5탄당 RNA(ribonucleic acid): ribos를 당으로 가짐 DNA(deoxyribonucleic acid):  deoxyrijbose를 당으로 가짐(2번 탄소에 hydroxyl group이 아닌 하나의 hydrogen만을 가진다.)  ⅱ) 염기(base) 염기는 두 그룹으로 나뉘어지는데 Purine group: adenine(or A), guanine(or G) Pyrimidine group: cytosine(C), thymine(T), uracil(U: RNA에는 thymine이 아닌 uracil 존재)    DNA에 존재하는 네 개의 염기: A, G, C, T    RNA에 존재하는 네 개의 염기: A, G, C, U   ⅲ) 인산(phosphate) phosphoester linkage에 의해 당의 5번 탄소에 결합되어 있다.  

30 인산-Nucleoside는 인산이 결여된 당과 염기만이 결합되어 있는 분자이다.
Nucleotide는 당과 염기 그리고 인산이 결합되어진 분자임. Polynucleotide chain: nucleotide의 5'(당의 5번 탄소)-phosphate group이 인접한 또 하나의 nucleotide의 3'(당의 3번 탄소)-OH group과 phosphodiester linkage에 의해 공유결합으로 연결되어 있으며, 3'-OH 말단과 5'-phosphate 말단을 지닌다. 그럼 RNA와 DNA의 차이점은? RNA는 단일가닥으로 이루어진 polynucleotide이며, DNA는 polynucleotide로 이루어진 이중가닥이다.(virus의 경우 예외) ▶ 다당류 당 또는 당유도체로서 구성된 중합체이다.  3.2 단백질과 핵산의 3차구조를 결정하는 비공유성 상호작용 ▶ 불규칙코일(random coil) 선상의 polypeptide와 polynucleotide 사슬은 자유회전을 할 수 있는 결합을 지니는데 random coil은 자유회전을 할 수 있는 사슬의 3차구조를 말한다. 불규칙코일은 다소 뭉쳐 있거나 구형이며 모양이 계속적으로 변한다. ▶ 수소결합(hydrogene bond) DNA의 경우는 두 가닥간의 nucleotide염기들이 염기쌍을 형성하며, 단백질에서의 경우는 한 peptide결합부위의 C=O group과 다른 nucleotide의 N-H group사이에서 수소결합이 형성된다. ▶ 소수성 상호작용(hydrophobic interaction) 물에 잘 녹지 않는 성질을 가진 2개의 분자사이에서 발생하는 상호작용으로 서로 뭉치려는 현상을 보이는 것이다. 핵산의 염기들이 소수성 상호작용에 의해 염기 고리의 면이 서로 접촉되도록하며(base stacking), 단백질의 경우 비극성 R group들 사이에 상호작용이다. ▶ 이온결합(ionic bond) 서로 다른 전하들 사이에 작용하는 인력의 결과이다. 아미노산의 음전하를 띤 carboxyl group(Asp, Glu)과 양전하를 띤 group(Lys, His, Arg)사이에는 이온결합을 형성할 수 있다. 하지만 서로 같은 전하끼리는 서로 반발력에 의해 서로 멀어진다. 이온결합은 기(group)의 전하를 변화시킬 수 있는 pH 변화와 고농도의 염에 의해 파괴된다. ▶ Van der Waals attraction 모든 분자들 사이에 존재하며 영구 쌍극자와 전자들의 순환에 의한 결과 

31 거대분자의 연구에 이용되는 방법들 ▶ 침강속도(Velocity sedimentation) 원심분리시 분자의 이동속도를 결정하는 요인이 있는데, 분자량과 분자의 모양에 의해 결정된다. 침강계수 s(sedimentation coefficient):=속도/원심력, 대부분의 거대분자들의 s 값은 1×10-13~100×10-13sec(1S=1×10-13sec) ▶ 평형원심분리(Equilibrium centrifugation) density gradient equilibrium centrifugation 이 방법은 DNA를 가장 깨끗이 추출하는 방법이며, liner form과 plasmid가 같은 분자량일 때 구분하는데에도 사용된다. * CsCl(cesium chloride)는 Cs++ Cl-으로 이온화되어 이온 구배에 관여하며 많은 양(8M)을 넣는다. * EtBr(ethidium bromide)는 dye로서 첨가하며 DNA의 염기사이에 끼어들어가게 된다. 이 때 linear form에 circular form보다 많이 끼어들어가게 되고 이로써 부력을 얻게 된다. 일반 centrifuge는 공기 마찰 때문에 20,000rpm가 최대이므로 ultra centrifuge를 이용한다. Ultra centrifuge를 이용하여 원심분리하면 이온의 구배까지 생기게 되어 DNA는 CsCl이온 구배와 동일한 자신의 고유한 곳으로 이동하게 된다. 이로써 linear form과 circular form의 두 band가 생기게 된다. ▶ 전기영동(Electrophoresis) 대부분의 생물학적 거대분자들은 전기적 전하를 띠며 이로 인해 전기장에서 이동할 수 있다. 이동방향은 전하의 부호에 따르고 이동속도는 전하의 크기와 분자의 형태에 의해 영향을 받는다. gel electrophoresis(겔 전기영동): 분자량만이 분자의 이동속도에 영향을 미친다. D = a - b log M ( D: 이동거리, M: 분자량, a,b: 실험적상수) ▶ 전자현미경 Kleinschmidt spreading technique: 단백질로 피막을 입힌 후 중금속으로 coating함 Negative contrast technique: 금속원자로 얇게 coating한 후 negative image를 얻음. 

32 단백질의 분자량 측정 ① 작은 DNA 분자(M<5×106)
분자량을 정확히 알고 있는 분자들과 함께 시료를 전기영동하여 상대적으로 이동된 거리를 측정할 수 있는 gel electrophoresis를 이용하여 분자량을 결정한다. ② 중간크기의 DNA 분자(M=5~100×106) 전자현미경을 이용함, 이중가닥의 DNA의 1㎛ 길이당 분자량은 2×106 이다. SDS-PAGE를 이용하여 측정, 분자량을 알고 있는 일련의 분자들을 분자량을 모르는 분자들과 함께 전기영동시켜 분자량을 결정한다. 전기장하에서 DNA, RNA, 단백질 크기를 나눌 수 있는 방법이며, 따라서 실험되는 분자는 반드시 전하를 띠어야 한다. Scattering되는 것을 방지하기 위해 gel이라는 supporting할 수 있는 matrix를 이용한다. Tracking dye로는 BPB(bromohenol blue) 또는 XC(xylene cyanol)가 사용되며 tracking dye를 sample과 함께 넣는 목적은 loading 정도를 보기 위해서이다. 위 그림의 오른쪽 아래에 확대된 그림같은 agarose분자의 구조 때문에 분자크기에 따라 migration rate가 다르게 된다. 전기영동이 끝나면 gel을 EtBr로 염색시킨다. 탈색후 transilluminator로 관찰한다. 핵산의 전기영동에서, 핵산은 모두 (-) 전하를 띠므로 전기를 걸어주기만 하면 이동이 되지만, 아미노산의 경우에는 전하가 다양하기 때문에 전기를 걸어주기만 해서는 않되며 최상의 방법은 모든 아미노산 분자의 전하를 통일시키는 것이다. 이를 위해 SDS(sodium dodecyl sulfate)를 첨가하는 방법을 이용하며 SDS는 모든 아미노산이 (-) 전하를 띠도록 coating하는 역할을 한다. [출처] 거대분자|작성자 짜루언니