자연과학의 세계 -주기율표/화학결합/분자

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1 자연과학의 세계 -주기율표/화학결합/분자
금융경제학과 정현영 금융경제학과 김단비 자유전공학부 이소희

2 목록 화학 결합 이온결합 공유결합 주기율표 형성과정 및 용어, 문제점 원자 원자·분자 기체반응의 법칙 분자설

3 주기율표 주기율표의 용어설명 주기 : 전자껍질 수 동일한 원소 족 : 최 외각 전자수가 동일한 원소 원자번호
: 원자핵 속의 양성자 수 또는 원자핵 주위의 전자 수 +) 전자껍질 : 전자들이 취하는 에너지상태를 간단히 구별하기 위해 원자핵을 중심으로 한 전자들이 이루는 여러 층의 껍질 (=전자 각) +) 최 외각 전자 수 : 원자의 맨 바깥쪽에 있는 전자껍질에 있는 전자의 수

4 형성과정 ‘세쌍원소’설 - 되베라이너 (1829) ‘옥타브’설 - 뉼렌즈 (1983)
: 화학적 성질이 비슷한 원소(같은 족의 원소) 원자량 순서대로 나열. ▶ 이 때 1번째 원소와 3번째 원소의 물리적 성질(원자량, 밀도, 녹는점)의 평균값이 두번째 원소의 물리적 성질. ‘옥타브’설 - 뉼렌즈 (1983) : 원자량 순서대로 원소들을 배열하면 8번째마다 동일한 화학적인 성질을 나타내는 원소가 반복적으로 나타난다. (당시, Noble gas(비활성기체) 18족이 밝혀지지 않음)

5 멘델레예프의 주기율표 멘델레예프의 주기율표의 문제점 63종의 원소를 원자량의 순서대로 배열한 최초의 표
화학적인 성질이 같은 원소를 같은 열에 배열하되, 원자량 순서와 화학적인 성질 순서가 일치하지 않는 경우, 화학적인 성질 순서를 더 우선시함. 주기율표 작성시, 비어있는 자리의 원소의 성질을 정확하게 예측 (미 발견 된 원소 예: Ge(게르마늄), Ga(갈륨)) 멘델레예프의 주기율표의 문제점 원자량 순서대로 배열하지 않는 원소 존재 (화학적 성질을 우선시 했기 때문) 18족 원소의 발견에 의해 주기율표의 확장 필요성 대두 (당시에도 주기율표를 이용해 18족 원소의 존재를 예측하지 못하였음) 동위원소의 존재가 알려지면서 원자량 순서에 문제점 발견 +) 동위원소 : 같은 수의 양성자를 가지고 중성자의 수만이 다른 원자핵으로 이루어지는 원소

6 원자의 특징 수소 주기율표 1족 1주기 / 비금속원소 / 원소기호 : H
지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소 / 무색·무미·무취 주로 수소분자 H2로 구성 연소하기 쉬움 ▶ 공기·산소와 접촉하면 불이 쉽게 붙음 수소-공기 혼합 기체에 불꽃을 튀기면, 폭발적 연소 반응 (발화 에너지가 작아 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화)

7 리튬 헬륨 주기율표 1족 2주기 / 알칼리금속원소 / 원소기호 : Li
은백색 연질금속, 나트륨보다 단단 / 고체 홑원소물질 중에서 가장 가벼움 불꽃반응에서 빨간색을 나타냄 물보다 가볍기 때문에, 물에 넣으면 물위에 떠서 물과 반응을 해 결과로 수소를 발생시킴 ▶ 이때 생긴 열로 수소에 불이 붙음 (⇒리튬전지 발명) 문제: 화학 반응을 쉽고, 심하게 일으킬 수 있음 헬륨 주기율표 18족 1주기 / 비활성 기체원소 / 원소기호 : He 우주에서 수소 다음으로 많은 원소 단원자 기체 (반응성이 거의 없어 비활성 기체라 함) 색깔과 냄새가 없고 공기 중에 매우 적은 양이 존재함 액체 헬륨은 초저온을 얻기 위한 냉각제로 사용 극저온 특성▶ 초전도 기술 응용·연구 (⇒에너지 손실少 송신· 통신 가능하게 함) 공기 중보다 약 3배 가량 전송 속도가 빠름 ▶목소리의 음이 높아지는 현상 발생

8 황 나트륨 주기율표 16족 3주기 / 칼코겐(chalcogen) 원소 / 원소기호 : S
상온에서 주로 노란색 고체, 연소할 때 푸른색 불꽃을 내고, 이산화황(SO₂) 생성 많은 동소체와 동위원소 존재 나트륨 주기율표 1족 / 알칼리금속원소 / 원소기호 : Na 반응성이 커서 다른 물질과 결합해 여러 가지 화합물을 만듦 알칼리 금속의 화합물은 인체에 흡수 ▶ 무기질 공급 ⇒ 인체 내 나트륨은, 삼투압을 통해 수분 균형을 이루어 체액의 양을 조절함 염분에 가장 많이 들어 있음

9 화학 결합 이온 결합 원자 또는 원자단의 집합체에서, 구성원자들 간에 작용하여 그 집합체를 하나의 뚜렷한 단위체로 간주할 수 있게 하는 힘을 말하는데, 이온결합, 공유결합, 금속결합, 배위결합 등으로 구분된다. 원자가 결합하려는 이유 비활성기체처럼 가장 바깥쪽 전자궤도의 전자를 모두 채우거나 모두 버림으로써 가장 안정적으로 되기 위함

10 화학결합 이해의 기본 Tip 1. ‘주기율표’를 정확히 알아야 한다! 2. 원자는 전자에 의해 결합한다
: 전자가 바깥에 위치하고 있기 때문에 움직임이 활발하여 원자간 결합이 가능하다 하지만 원자핵 속에 양성자나 중성자가 결합을 하기는 어렵다.

11 옥텟규칙 - 랭뮤어 ‘옥텟규칙’ : 어느 전자껍질에 여덟 개의 전자가 들어가면 안정한 상태가 된다.
(예외; 헬륨(원자번호2) 두 개의 전자가 들어가면 안정한 상태가 됨) 최대 수용 전자 수 (2N²) ( N= 전자 층의 순서 의미) ▶ K,L,M,N 표시 원자는 안정화되기 위해 8개의 최 외각전자를 가지려 함

12 ‘이온’ : 전자를 얻거나 잃어서 (+)전하나 (-)전하를 띈 원자나 원자단을 의미함
이온결합 (금속+비금속) ‘이온’ : 전자를 얻거나 잃어서 (+)전하나 (-)전하를 띈 원자나 원자단을 의미함 이온결합 : 이온은 띄고 있는 전하에 따라 양이온과 음이온으로 나뉨. 이러한 이온끼리의 결합을 ‘이온결합’이라 함. 각각의 이온이 전자를 잃거나, 얻어서 생긴 전하로 인한 서로의 정전기적 인력에 의해 결합을 형성함

13 공유결합 (비금속+비금속) 공유결합 : 2개의 원자가 서로 전자를 방출하여 전자쌍을 형성하게 되는데 이러한 ‘전자를 서로 공유하여 결합을 이룬다’하여 공유결합이라 함.

14 원자, 돌턴의 원자설 원자 : 물질을 이루는 가장 기본적인 입자 (원자핵+전자)

15 분자의 탄생 게이뤼삭 - ‘기체반응의 법칙’ 분자 : 물질의 성질을 가진 가장 작은 입자
⇒ 원자로 쪼개질 수 있는데, 이때 물질의 성질을 잃어버림 게이뤼삭 - ‘기체반응의 법칙’ : 기체 사이의 화학 반응에서, 같은 온도와 같은 압력에서 그 부피를 측정했을 때 반응하는 기체와 생성되는 기체 사이에는 간단한 정수비가 성립한다.

16 기체반응의 법칙 - 게이뤼삭 유디오미터 실험 +) 전기 불꽃으로 산소와 수소를 결합
▶ 수소와 산소의 결합 정수 비; 2:1:2 ▲ 유디오미터 : 물의 전기 분해를 통해 생성되는 수소와 산소의 부피에서 전기량을 측정하는 분석 기구 부피2 수소 + 부피1 산소 ＝ 부피2의 수증기 * 반응식 : 2H + O → H₂O 산소 원자가 쪼개지기 때문에 돌턴의 원자설에 위배 +)

17 분자설 - 아보가드로 원자는 혼자 존재하는 것이 아니라, 여러 개가 모여 새로운 단위를 이룸 ⇒ 분자
1811년에 분자설을 제안함 ▶기체 반응의 법칙 성립 정수 비; 2 : 1 : 2 * 반응식 : 2H₂ + O₂ → 2H₂O 분자 모형으로 기체반응의 법칙 성립.