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과학394

황산 화학식 황산은 분자식 H2SO4인 화합물로 상온에서 액체이다. 염산은 염화수소가 물에 녹은 물질이지만 황산은 황산 자체로 존재한다. 황산을 물과 섞을 때 농도가 90% 미만일 때를 묽은 황산이라고 하고 90% 이상일 때를 진한 황산이라고 한다. 묽은 황산은 강산이지만 진한 황산은 산성이 약한다. 하지만 진한 황산은 탈수력이 강하여 탄수화물과 접촉할 경우 산소와 수소를 강하게 당겨 탄소로 된 재만 남긴다. 황산을 제조하는 과정은 다음과 같다. 황을 산화시킨 후 물과 반응시켜 황산을 만든다.S + O2\rightarrow → SO2 2SO2 + O2 \rightarrow→ 2SO3 SO3 + H2O\rightarrow → H2SO4 2020. 5. 27.
화학 반응 속도 화학 반응 속도식은 다음과 같다. 반응 속도는 시간당 반응한 몰농도 변화이다. 반응 속도의 단위는 시간당 몰농도 변화인 mol / (L·s)이다. 일반적으로 화학 반응의 몰농도 변화는 다음 그림과 같다.위 그래프에서 전체 몰농도 변화룰 전체 시간으로 나눈 값은 평균 반응 속도이고 특정 시점에서 그래프의 기울기는 순간 반응 속도이다. 시간이 0일 때의 기울기, 즉 시간 0에서의 순간 반응 속도를 초기 반응 속도라고 한다. 2020. 5. 26.
결정 뜻 결정 (Crystal)이란 고체의 원자가 일정한 패턴으로 배열되어 있는 것을 의미한다. 모든 고체는 결정성 고체와 비결정성 고체의 2가지로 분류할 수 있다. 이산화규소 분자가 규칙적으로 배열되어 결정을 이루면 석영이 되고 불규칙적으로 배열되면 유리가 된다. 탄소 분자가 배열되어 있는 패턴의 모양에 따라 다이아몬드와 흑연이 된다. 다이아몬드와 흑연은 모두 결정이지만 결정 모양이 다르다. 2020. 5. 26.
결정 종류 결정 (Crystal)의 종류는 다음과 같다. 이온결정양이온과 음이온 사이의 이온결합염화나트륨, 염화칼륨, 염화세슘 분자결정분자 사이의 쌍극자 힘, 분산력, 수소결합얼음, 드라이아이스, 나프탈렌, 아이오딘 공유결정 (원자결정)원자 사이의 공유결합다이아몬드, 흑연, 석영 금속결정금속 원자사이의 금속결합나트륨, 금, 은, 철 2020. 5. 26.
물의 표면 장력 원리 물 분자는 산소와 수소원자로 구성된다. 산소와 수소원자의 전기음성도는 다르기 때문에 물 분자는 극성을 가진다. 전기음성도는 전자를 당기는 정도를 나타내다. 다음 그림과 같이 물 분자사이에는 인력과 척력이 작용한다. 표면장력(Surface tension)은 물 분자 사이에 작용하는 인력에 의해 생긴다. 물 내부의 물 분자는 모든 방향으로 인력을 받는다. 하지만, 물 표면에서는 아래 방향으로는 인력을 받지만 위 방향으로는 힘을 받지 못한다. 그래서, 물 분자들을 서로 당기면서 표면적이 최소화되는 형태를 가진다. 2020. 5. 26.
마찰력 공식 마찰력은 다음 식과 같다. 여기서, Ff : 마찰력 μ : 마찰계수 Fn : 수직항력 (Normal force) 다음 그림과 같이 경사로에 질량 m인 물체가 있을 때 물체가 받는 수직항력은 mg·cosθ이다. 마찰력은 물체가 정지해 있을 때 받는 정지 마찰력(Static friction)과 움직일 때 받는 운동 마찰력(Kinetic friction)이 있다. 정지 마찰력과 운동 마찰력의 마찰계수는 서로 다르고 그에 따라 마찰력도 서로 다르다. 정지 마찰력 공식은 다음과 같다. 여기서, Fs : 정지 마찰력 μs : 정지 마찰계수 Fn : 수직항력 운동 마찰력 공식은 다음과 같다. 여기서, Fk : 정지 마찰력 μk : 정지 마찰계수 Fn : 수직항력 쿨롱의 마찰 법칙은 운동 마찰력의 크기는 속도에 상관없.. 2020. 5. 22.
유리가 투명한 이유 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있다. 원자핵과 전자의 크기는 원자 크기에 비해 아주 작기 때문에 원자의 대부분은 비어 있는 공간이라고 봐도 된다. 그래서, 빛이 원자핵 또는 전자와 상호작용을 하지 않는다면 빛은 그대로 통과되어 투명하게 보이게 된다. 빛은 전자와 상호작용을 하기도 한다. 전자는 빛을 흡수하여 다른 궤도로 이동할 수 있다. 이렇게 전자가 빛을 흡수하면 그 물질은 빛을 통과하지 못한다. 하지만, 빛을 받았을 때 전자가 다른 궤도로 이동할 수 없다면 전자는 빛을 흡수하지 못하고 그대로 통과하게 된다. 빛의 주파수에 따라 전자의 새로운 궤도가 결정된다. 하지만, 빛의 주파수에 해당하는 전자 궤도가 없거나 그 궤도에 이미 전자가 있다면 전자는 다른 궤도를 이동하지 못하고 빛은 그대로 통과하게 된.. 2020. 5. 22.
농도 계산 공식 설탕물에서 설탕을 용질이라고 하고 물을 용매라고 하고 설탕이 녹은 설탕물을 용액이라고 한다. 용액의 퍼센트 농도는 다음 식과 같다. 퍼센트 농도는 용질과 용액의 질량비이다. 용액의 몰 농도는 1L의 용액에 녹아 있는 용질의 몰수이다. 단위는 mol/L 또는 M이다. 몰 농도는 용액의 부피를 사용하기 때문에 온도에 따라 달라진다. 그래서, 용매의 질량을 사용하는 다음과 같은 몰랄 농도를 사용하기도 한다. 몰 농도는 영어로 Molar concentration 또는 Molarity이고 몰랄 농도는 영어로 Molal concentration 또는 Molality이다. 2020. 5. 21.
동물과 인간 두뇌의 뉴런 개수 각종 동물들의 두뇌의 대뇌에 있는 뉴런 개수는 다음과 같다. 고래는 인간보다 두뇌 뉴런이 더 많다. 동물 대뇌 뉴런 개수 벌거숭이 두더지쥐 6,000,000 집쥐 14,000,000 햄스터 17,000,000 회색쥐리머 22,310,000 고슴도치 24,000,000 갈색 쥐 31,000,000 흰담비 38,950,000 기니피그 43,510,000 프레리도그 53,770,000 금화조 55,000,000 적색 야계 61,000,000 상모솔새 64,000,000 집토끼 71,450,000 비둘기 72,000,000 다람쥐 77,330,000 박새 83,000,000 줄무늬 몽구스 115,770,000 록 하이랙스 198,000,000 흰점찌르레기 226,000,000 고양이 249,830,000 갈색 .. 2020. 5. 21.
상평형 그림의 삼중점과 임계점 온도와 압력에 따라 물질의 고체, 액체, 기체의 상을 나타내는 그림을 상평형 그림이라고 한다. 다음 그림과 같은 물의 상평형도에서 A는 증기압력 곡선, B는 융해 곡선, C는 승화 곡선이라고 한다. 세 곡선이 만나는 점을 삼중점이라고 한다. 물의 3중점은 0.01℃와 0.006 atm이다. 증기압력 곡선 A의 상한점을 임계점이라고 한다. 임계점 이상에서는 온도와 압력이 높기 때문에 액체인지 기체인지 알수 없는 상태가 되어 상평형도를 그릴 수 없다. 2020. 5. 21.
잠수병이 생기는 원리 외부 압력이 높아지면 혈액에 녹는 질소 양이 증가한다. 질소 양이 증가하면 질소 마취 상태에 빠질 수 있다. 압력이 높은 깊은 수심에서 갑자기 얕은 수심으로 올라오면 혈액에 녹은 질소가 혈액 속에서 기포를 형성한다. 이러한 기포는 모세혈관들을 막고 만성 두통, 난청, 관절통, 피부질환, 무기력감, 손발 마비, 호흡 곤란 등의 증상이 생기는데 이것이 잠수병 (Decompression illness)이다. 잠수병을 막으려면 1분당 9m 정도로 천천히 올라와야 한다. 천천히 올라오면 혈액 속의 질소가 호흡을 통해 빠져 나오게 된다. 잠수병을 치료하기 위해서는 고압산소챔버에 들어가 치료한다. 고압챔버에서 질소 기포가 작아지고 산소를 마시면 질소가 빠져나온다. 2020. 5. 20.
부분압력 법칙 공식 부분압력 법칙이란 서로 다른 압력의 두 기체를 섞으면 전체 압력은 각각의 압력을 더한 것과 같다는 것이다. 다음 그림과 같이 압력 PA와 압력 PB인 기체를 섞으면 전체 압력 PT는 PA + PB가 된다. 이때 섞기 전의 각 기체의 부피와 섞은 후의 기체 부피는 같아야 한다. 부분압력 법칙은 이상기체 방정식으로 증명할 수 있다. 2020. 5. 20.
기체 분자 운동론 기체 분자 운동론 (Kinetic theory of gases)이란 기체의 부피, 온도, 압력 등의 특성이 기체 분자의 운동으로 설명하는 이론이다. 즉, 기체 분자의 운동에 의해 온도와 압력 등이 발생한다는 이론이다. 이 때 기체는 이상 기체로 다음 5가지를 가정한다. 1. 기체 분자는 불규칙한 직선 운동을 한다. 2, 기체 사이에 인력이나 척력이 작용하지 않는다. 3. 기체 분자의 크기는 매우 작아 무시할 수 있다. 4. 기체 분자끼리 충돌 또는 벽면과 충돌에서 손실되는 에너지는 없다. 즉, 완전 탄성 충돌이다. 5. 기체의 온도는 기체 분자의 평균 운동에너지에 비례한다. 이때 기체의 종류에 상관없이 온도가 같으면 평균 운동 에너지도 같다. 기체 분자의 운동에너지는 다음 식과 같다. 일정한 온도의 기체.. 2020. 5. 20.
염산 화학식 염산(Hydrochloric acid)은 기체인 염화수소(Hydrogen chloride)가 물에 녹은 수용액을 의미한다. 염화수소의 분자식은 HCl로 수소 H와 염소 Cl가 공유결합한 물질이다. Cl의 전기음성도는 H 보다 훨씬 크기 때문에 강한 극성을 띈다. 염화수소가 물에 들어가면 염산이 되는데, 이때 염화수소는 이온화 되며 화학식은 다음과 같다. HCl + H2O → H3O+ + Cl- HCl은 원래 염산이 아닌 염화수소의 분자식이지만 염산을 HCI로 나타내기도 한다. 2020. 5. 19.
원자폭탄 제조에 사용된 테프론 후라이팬, 고어텍스, 방수테이프, 내열 전선 등에 사용되는 테프론은 맨하탄 프로젝트에 처음 사용되었다. 맨하탄 프로젝트는 2차세계대전 동안 미국에서 비밀리에 수행된 원자폭탄 개발 프로젝트이다. 맨하탄 프로젝트에서 우라늄 농축을 위해 UF6를 사용하였다. UF6는 반응성이 매우 좋아 다른 물질을 녹이는데 테프론은 내화학성이 좋아 밸브의 코팅이나 파이프의 실링 재료로 사용되었다. 이후 프랑스 기술자 마르크 그레고르가 후라이팬에 테프론을 코팅하여 눌려 붙지 않는 후라이팬으로 판매했는데 이것이 현재 테팔이 되었다. 2020. 5. 19.
테프론 분자 구조 테프론(Teflon)은 듀퐁의 상품명이고 정식명칭은 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)이다. PTFE의 분자식은 (C2F4)n으로 플루오린과 탄소로 구성된 불소수지이다. 분자 구조는 다음과 같다. 불소수지는 플루오린(불소)를 포함하고 있는 합성수지로 PTFE 이외에도 PCTFE, CTFE, PFA, FEP, ETFE 등이 있다. ETFE (Ethylene tetrafluoroethylene)의 상품명은 Tefzel이다. ETFE는 PTFE와 달리 수소가 있다. 2020. 5. 19.
이온화 에너지와 전자 친화도 이온화 에너지 (Ionization energy)이온화 에너지는 원자나 분자에서 전자를 떼어내는데 필요한 에너지이다. 1번째 전자를 떼어낼 때를 1차 이온화 에너지라고 하고 2번째 전자를 떼어낼 때를 2차 이온화 에너지라고 한다. 계속해서 전자를 떼어내면 n차 이온화 에너지라고 한다. 보통 차수가 올라갈수록 이온화 에너지는 커진다. 원소의 이온화 에너지는 원자 1몰에서 전자 1몰을 떼어내는데 필요한 에너지이다. 단위는 kJ/mol를 사용한다. 전자 친화도 (Electron affinity)전자 친화도는 원자나 분자가 전자를 얻을 때 방출되는 에너지이다. 전자 친화도의 단위는 kJ/mol를 사용한다. 이온화 에너지와는 반대의 관계이다. 하지만, 중성의 원자에서 전자를 떼어낼 때 필요한 에너지가 이온화 에너.. 2020. 5. 19.
비활성 기체의 전기음성도가 없는 이유 비활성 기체인 헬륨, 네온, 아르곤은 전기음성도 자료가 없다. 전기음성도는 공유결합을 했을 때 전자를 당기는 정도를 나타낸다. 하지만 위의 비활성 기체는 다른 원자와 결합을 하지 않기 때문에 전기음성도를 알 수가 없다. ☞ 전기음성도표 2020. 5. 18.
이온결합과 공유결합의 차이 이온결합 (Ionic bond) 주기율표의 1족과 2족 원소는 전자를 잃기 쉽고 15~17족 원소는 전자를 얻으려고 한다. 이 2종류의 원자가 접근하면 한쪽에서 다른 쪽으로 전자가 이동하게 된다. 전자가 이동하면 양쪽에서 전기력이 작용하여 당겨 결합하게 되는데 이것을 이온결합이라고 한다. 이온결합은 주로 금속 원소과 비금속 원소 사이에서 일어난다. 이온결합을 한 NaCl에서 Na의 최외각전자는 1개이고 Cl의 최외각전자는 7개이다. 옥텟 규칙으로 최외각전자를 8개 만들려는 성질이 있기 때문에 Na의 전자 1개가 Cl로 이동하여 Na과 Cl 모두 최외각전가가 8개가 된다. 이온결합을 한 물질은 성분 구성비만 나타내는 실험식을 사용한다. 왜냐하면, NaCl은 NaClNaClNaClNaClNaCl ... 으로.. 2020. 5. 18.
열역학 제1법칙 물질의 이동은 없고 에너지 이동만 있는 닫힌 계에서 열역학 제1법칙 (The first law of thermodynamics)은 다음 식과 같다. 여기서 U : 내부 에너지 Q : 계에 들어오거나 나간 열 W : 계에 들어오거나 나간 일 즉, 다음과 같이 쓸 수 있다. 내부 에너지 증가 = 외부에서 계에 들어온 열 - 계가 외부에 한 일 내부 에너지 증가 = 외부에서 계에게 한 일 - 계에서 외부로 나간 열 내부 에너지 증가 = 외부에서 계에 들어온 열 + 외부에서 계에게 한 일 열역학 제1법칙은 에너지 보존법칙을 표현한 것이다. 계에 들오거나 나간 일의 부호를 반대로 하여 다음과 같이 표현하는 경우도 많다. 2020. 5. 16.
수소 산소 결합 폭발 조건 수소와 산소가 만났을 때 스파크와 같은 점화가 있어야지 폭발하지 가만히 있다고 폭발하지는 않는다. 수소가 누출되어 공기 중의 산소와 만나도 점화 조건이 되지 않으면 폭발하지 않고 그대로 공중으로 날아간다. 수소와 산소가 결합하기 위해서는 먼저 수소분자와 산소분자가 분해되어야 한다. 분해되는 화학식은 다음과 같다. 위와 같이 원자 결합을 깨고 분자가 분해되기 위해서는 외부에서 에너지를 공급해야 한다. 위의 화학식에서 필요한 에너지는 1370 kJ이다. 분해된 수소분자와 산소분자는 다음과 같이 결합하여 물이 되면서 에너지를 방출한다. 여기서 방출되는 에너지는 1804 kJ이다. 따라서, 방출 에너지에서 공급 에너지를 뺀 순 방출 에너지는 470 kJ이다. 수소와 산소를 결합시키기 위해서는 수소분자와 산소분자.. 2020. 5. 15.
엔탈피 정의 어떤 계의 엔탈피 (Enthalpy)는 그 계가 가지고 있는 전체 에너지이다. 엔탈피의 정의는 다음과 같다. 여기서, H : 엔탈피 U : 계의 내부 에너지 P : 계의 압력 V : 계의 부피 산소와 수소로 이루어진 계에서 산소와 수소가 결합하면 에너지를 방출한다. 이때 산소와 수소가 결합하기 전에는 이러한 에너지를 계가 가지고 있는데 이것이 내부 에너지 (Internal energy)이다. 엔탈피는 절대적인 양을 정확하게 알기 어렵기 때문에 엔탈피의 변화량을 주로 사용한다. 엔탈피의 변화량은 다음 식과 같다. (미분의 곱의 법칙) 압력이 일정할 때는 압력의 변화량 ΔP가 0 이므로 다음 식과 같아진다. 압력의 변화량이 0 일때 계에 유입 또는 유출되는 열량은 엔탈피의 변화량과 같다. 메탄의 엔탈피 1몰.. 2020. 5. 15.
화학 공부 많은 사람들이 화학을 암기과목으로 생각하는 경향이 있다. 그래서 많은 것을 무조건 외울려고 한다. 하지만 화학은 수학과 같이 이해를 하며 공부해야 하는 학문이다. 수학은 몇개의 기본개념이 있고 그 개념을 응용하여 다양한 문제를 푼다. 수학 공부에서 가장 중요한 것은 기본 개념이다. 모든 문제는 기본개념으로 풀 수 있다. 화학에서 수학의 기본개념에 해당하는 것은 원자와 전자이다. 모든 화학 현상은 원자와 전자의 동작에 따라 일어나고 해석할 수 있다. 원자와 전자를 벗어난 화학 현상은 존재하지 않는다. 그래서, 화학을 공부할 때는 공부하는 화학 현상이 원자와 전자 수준에서 어떤 일이 일어나는지를 항상 따져봐야 한다. 원자와 전자는 화학에서 가장 중요하기 때문에 화학 교과서에 가장 앞에 나온다. 원자와 전자가.. 2020. 5. 15.
잠잘 때 왼쪽으로 자야 하는 이유 잠잘 때 왼쪽으로 자면 다음과 같은 효과가 있다. ● 속쓰림, 식도염 증상 완화● 코골이 방지● 소화력 향상과 변비 개선● 심장 질환 예방 2020. 5. 14.
투자율 표 각종 재료의 비투자율(Relative permeability)은 다음과 같다. 비투자율은 진공의 투자율을 1로 했을때의 비율이다. 재료 비투자율 초전도체 0 열분해 탄소 0.9996 비스무트 0.999834 물 0.999992 구리 0.999994 사파이어 0.99999976 콘크리트 1 진공 1 수소 1 테프론 1 공기 1.00000037 나무 1.00000043 알루미늄 1.000022 플래티넘 1.000265 오스테나이트 스테인리스강 1.003 ~ 1.05 네오디미윰 자석 1.05 페라이트 (니켈 아연) 10 ~ 2300 페라이트 (코발트 니켈 아연) 40 ~ 125 탄소강 100 니켈 100 ~ 600 페라이트 (마그네슘 망간 아연) 350 ~ 500 페라이트 (망간 아연) 350 ~ 20000 .. 2020. 5. 14.
수소결합 전기음성도가 큰 F, O, N 원자와 H 원자가 결합하여 이룬 분자들 사이에서 작용하는 정전기 인력을 수소결합 (Hydrogen bond, H-bond)이라고 한다. 전기음성도가 큰 물질은 전자를 강하게 당기기 때문에 이러한 물질은 극성의 세기가 크다. 수소결합은 분자간 작용하는 힘으로 분자내 결합인 공유결합이나, 이온결합 등과는 다르다. 분자간 작용하는 힘에는 분산력, 쌍극자-쌍극자 힘 등이 있는데 그 중 수소결합이 가장 강하다. 수소결합을 하는 분자는 분자간 결합력이 강하여 다른 물질에 비해 녹는점과 끊는점이 높다. 다음 그림과 같이 물분자는 극성을 가지는데 수소원자와 산소원자 사이에 작용하는 힘이 수소결합이다.물분자의 수소결합은 다음에 영향을 준다.● 높은 끊는점과 어는점● 얼었을 때 부피 증가● .. 2020. 5. 13.
화학 세부 분야 화학은 크게 물리화학, 유기화학, 무기화학, 분석화학이 있다. 물리화학은 물리학의 관점에서 화학을 이해하는 분야이다. 양자역학, 통계열역학 등의 물리법칙을 화학에 적용한다. 물리화학에는 고체화학, 광화학, 계산화학, 분광학, 양자화학, 이론화학, 열화학, 전기화학, 표면화학 등이 있다. 유기화학은 탄소를 포함한 분자를 다루는 분야이다. 유기화학에는 고분자화학, 물리유기화학, 생화학, 신경화학, 약학, 유기금속화학, 화학생물학 등이 있다. 무기화학은 유기화학에서 다루는 물질을 제외한 모든 물질을 다루는 분야이다. 무기화학에는 재료과학, 핵화학 등이 있다. 분석화학은 물질의 성분을 분석하는 분야이다. 위의 분야 이외에 생화학, 지구화학, 나노화학 등이 있다. 2020. 5. 13.
삼투압 원리 다음 그림과 같은 U자 관의 가운데에 반투막을 설치한다. 반투막에는 매우 작은 구멍이 있다. 그 구멍에는 물분자는 통과하지만 설탕분자는 통과하지 못한다. U자 관 왼쪽에는 순수한 물을 넣고 오른 쪽에는 설탕물을 넣는다. 시간이 지나면 다음 그림과 같이 왼쪽의 물 분자가 오른쪽으로 이동하여 왼쪽의 수위가 낮아지고 오른쪽의 수위는 높아진다. 이와 같이 농도가 낮은 쪽에서 농도가 높은 쪽으로 용매 (여기서는 물)가 이동하는 현상을 삼투 현상 (Osmosis)이라고 한다. 위 U자 관에서 오른쪽 설탕물에 압력을 가하면 수위가 같아지는데 이 압력을 삼투압 (Osmotic pressure)이라고 한다. 삼투 현상은 용매나 용질의 종류에 상관 없이 다음과 같은 삼투압 공식이 성립한다. 여기서, C는 몰 농도, R은 .. 2020. 5. 12.
석면과 유리섬유 석면이란 섬유 모양을 한 광물이다. 영어로 asbestos이다. 석면에는 사문석계와 각섬석계가 있다. 사문석계에는 백석면이 있고 각섬석계에는 갈석면, 청석면, 양기석석면, 직검석석면, 투각섬석면이 있다. 이와 같은 광물을 모두 석면이라고 부른다. 석면은 자연 광물로 고대 그리스 시대부터 사용되었지만 석면의 위험성은 20세기 들어와서야 알게 되었다. 석면은 1급 발암 물질로 석면 입자가 폐에 들어오면 빠져 나오지 않고 암을 유발한다. 한국, 일본, 미국, 유럽 등은 석면 사용이 금지되어 있지만 중국, 인도, 러시아 등은 아직 석면을 사용하고 있다. 석면의 대체재로 유리섬유가 사용된다. 유리섬유는 석면과 특성이 비슷하지만 유리섬유는 인체에 무해하다. 2020. 5. 12.
석영 수정 유리 차이 석영와 수정은 동일한 뜻으로 영어로는 Quartz 또는 Crystal이라고 한다. 석영는 이산화규소 SiO2가 결정 구조를 가진 것을 의미한다. 이산화규소가 결정을 이루지 않으면 유리가 된다. 즉, 석영이나 유리나 같은 분자로 구성되지만 규칙적인 배열을 가지는 결정을 이루는지에 따라 나누어진다. 이산화규소를 실리카 (Silica)라고도 한다. 실리카겔은 이산화규소를 가공하여 다공성 물질로 만든 것으로 제습제에 사용된다. 2020. 5. 12.
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