제1장
화학의 기초
화학(化學, chemistry)
물질의 변화 및 그에 수반하는 에너지의
변화를 연구하는 자연과학의 한 분야
Chem is try!
물질(matter)
공간을 차지하며 질량을 가지는 것
과학적 방법
가설(hypothesis) :
관찰한 것에 대한 잠정적 설명
법칙(law) :
동일 조건에서 항상 일정하게 일어나는
현상들의 관계를 함축된 말이나 수학적
표현으로 나타내는 것
이론(theory) :
모든 실험적 사실과 그에 바탕을 둔 법칙을
설명할 수 있는 총괄적 원리
물질의 분류
순물질(Pure Substance)
일정하고 균일한 조성과 독특한 성질을 갖는 물질
<예> 물, 은, 에탄올
원소(Element)
화학적 방법으로 더 간단한 순물질로 분리할 수 없는 물질
<예> 금, 은, 산소
화합물(Compound)
둘 이상 원소의 원자들이 정해지는 비율에 따라 화학적으로
결합하여 만들어진 물질
<Example> 물, 염화 나트륨
혼합물 (Mixture)
둘 이상의 순물질이 각각의 고유한 성질을 유지하면서 서로
섞여있는 것
<예> 공기, 우유, 시멘트
Ⅰ. 균일 혼합물(Homogeneous Mixture)
용액 전체에 조성이 균일한 혼합물
Ⅱ. 불균일 혼합물(Heterogeneous Mixture)
조성이 균일하지 않은 혼합물
혼합물은 물리적 방법(physical means)을 이용하여
순물질로 분리할 수 있다.
원소의 존재 비율
지각에 존재하는 비율
인체 내에 존재하는 비율
물질의 분류
물질의 세 가지 상태
물의 3가지 상태
기체 수증기
액체 물
고체 얼음
변화
물리적 변화(physical change)
물질의 구성성분이나 본질을 변화시키지 않는 것
<예> 얼음이 녹는 것, 설탕이 물에 녹는 것
화학적 변화(chemical change)
물질의 구성성분이나 본질을 변화시키는 것
<예> 수소가 공기 중에서 연소되어 물이 되는 것
크기 성질과 세기 성질
크기 성질(extensive property)
물질의 양과 관계된 성질
<예> 질량(mass), 길이(length), 부피(volume)
세기 성질(intensive property)
물질의 양과는 관계 없는 성질
<예> 밀도 (density), 온도 (temperature), 색 (color)
측정
화학연구에서는 측정이 중요
길이 : 자로 측정
부피 : 뷰렛, 피펫, 눈금 실린더, 부피 플라스크 등으로 측정
질량 : 저울로 측정
온도 : 온도계로 측정
국제 단위계
International System of Units (SI)
질량과 무게
질량(mass) : 물질의 양을 측정
질량의 SI unit는 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 지구
0.1 kg 달
부피
부피(Volume) – 부피의 SI 단위 :세제곱미터(m3)
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
밀도(Density)
- 단위 부피당 질량
- 밀도의 SI 단위 : kg/m3
1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3
온도 단위
21
과학적 표기법
탄소 12 g에 있는 원자의 개수 :
602,200,000,000,000,000,000,000
6.022 x 1023
탄소 원자 1개의 질량(g) :
0.0000000000000000000000199
1.99 x 10-23
N x 10n
N은 1과 10 사이의 수
n은 양 또는 음의 정수
과학적 표기법
568.762
0.00000772
소수점을 왼쪽으로 이동
n>0
568.762 = 5.68762 x 102
소수점을
오른쪽으로 이동
n<0
0.00000772 = 7.72 x 10-6
덧셈과 뺄셈
1. 각각을 동일한 지수(n)로 변경
2. N1과 N2 더하기
3. 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
1. N1과 N2 곱하기
2. 지수 n1과 n2 더하기
나눗셈
1. N1을 N2로 나누기
2. 지수 n1에서 n2 빼기
(4.0 x 10-5) x (7.0 x 103) =
(4.0 x 7.0) x (10-5+3) =
28 x 10-2 =
2.8 x 10-1
8.5 x 104 ÷ 5.0 x 109 =
(8.5 ÷ 5.0) x 104–9 =
1.7 x 10-5
유효 숫자 (Significant Figures)
• 0이 아닌 모든 숫자는 유효하다
1.234 kg
유효 숫자 4개
• 0이 아닌 숫자 사이에 있는 0은 유효하다
606 m
유효 숫자 3개
• 첫 번째 0이 아닌 숫자의 왼쪽에 있는 0은 유효하지
않다
0.08 L
유효 숫자 1개
• 1보다 큰 숫자인 경우, 소수점 오른쪽에 있는
모든 0은 유효하다
2.0 mg
유효 숫자 2개
• 1보다 작은 숫자인 경우,
숫자의 끝이나 숫자들 중간에 있는 0만이 유효하다
0.00420 g
유효 숫자 3개
유효 숫자
덧셈과 뺄셈
계산 결과는 원래 숫자보다 소수점 아래 자릿수가 많을 수 없다.
89.332
+ 1.1
소수점 아래에 1개의 유효 숫자
90.432
반올림하여 90.4
3.70
-2.9133
소수점 아래에 2개의 유효 숫자
0.7867
반올림하여 0.79
유효 숫자
곱셈과 나눗셈
계산 결과의 유효 숫자의 개수는 원래 숫자들의 유효 숫자들 중에서 가장 작은
유효 숫자에 의해 정해진다.
4.51 x 3.6666 = 16.536366
유효 숫자 3개
유효 숫자 3개로 반올림
6.8 ÷ 112.04 = 0.0606926
유효 숫자 2개
= 16.5
= 0.061
유효 숫자 2개로 반올림
28
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, 6.70?
6.64 + 6.68 + 6.70
3
= 6.67333 = 6.67 = 7
3은 정확한 수(exact number)이다
30
문제 풀이를 위한 차원해석 방법
1.
어떤 환산 인자가 필요한가를 결정
2.
계산 과정에서 단위를 유지
3.
필요한 단위를 제외한 다른 모든 단위들이 상쇄되면 문제가 맞게 풀어진
것이다.
주어진 양 x 환산 인자 = 원하는 양
주어진 단위 x
원하는 단위
주어진 단위
= 원하는 단위
32
33
34
