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러더퍼드 알파 입자 산란 실험 (원자핵 발견) 러더퍼드의 알파입자 산란 실험 러더퍼드(Rutherford)는 전자를 발견한 톰슨의 제자인데요, 톰슨이 전자를 발견하고 제안한 건포도 푸딩 모델의 원자 모형을 확인하고자 아래와 같은 이미지의 알파입자 산란 실험을 하게 됩니다. 알파 입자를 금박에 충돌시켜서 입자가 통과하는 것을 보려고 한 실험입니다. 이 실험에서 금박이 사용된 이유는 금(Au)이 펴지는 성질, 다시 말해 전성(malleability)이 매우 좋은 금속이기 때문에 얇게 펴서 금박을 만들기에 용이해서입니다. 얇게 펴진 호일 상태로 만들어야 표면에서 산란되지 않고 입자가 통과할 것이라 생각해서죠. 그리고, 이 포스팅을 읽기 전에 톰슨이 전자를 발견한 음극선 실험을 알면 도움이 됩니다. 아래 포스팅을 참고하면 되겠습니다. 2023.11.30 -.. 2023. 12. 1.
음극선의 성질 3가지 (Cathode rays) 톰슨의 전자 발견 1897년에 영국의 물리학자 톰슨(Thomson)이 음극선(Cathode ray) 실험을 통해서 전자(electron)를 발견한 이야기는 유명하지요. 음극선 실험에서 (-) 전하를 띠고 질량을 가진 입자가 흘러가는 것을 발견한 것인데요, 아래의 이미지를 보면 진공 방전관에 높은 전압을 걸었을 때 (-) 극에서 (+) 극으로 나오는 음극선을 확인할 수 있습니다. 그리고, 톰슨이 음극선 실험을 통해 전자를 발견하였다는 그 사실보다 이때 발견된 음극선이 어떠한 성질이 있었기에 전자의 발견으로 이어질 수 있었는지를 정리해 보려고 합니다. 음극선(Cathode rays)의 성질 톰슨이 발견한 음극선이 입자의 흐름이고, 이후에 이 입자를 과학자들은 전자라는 이름을 붙이게 되죠. 이 음극선이 어떠한.. 2023. 11. 30.
아이오딘화납 앙금생성반응과 일정성분비의 법칙 아이오딘화 납 화학반응식 아이오딘화 칼륨(KI, potassium iodide) 수용액과 질산납(Pb(NO3)2, lead nitrate) 수용액을 반응시키면 아이오딘화 납(PbI2, lead iodide)이 생성되는데, 침전물(sediment)이 노란색 앙금으로 관칠이 됩니다. 화학반응식은 아래와 같습니다. 아이오딘화칼륨 + 질산납 → 아이오딘화납↓ (노란색 앙금) + 질산칼륨 2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) → PbI2(s)↓ + 2KNO3(aq) 참고로, 사실 수용액에서 (aqeous) 반응물인 두 물질은 이온으로 존재를 하기 때문에 분자반응식이 아닌 이온반응식으로 아래와 같이 나타낼 수 있습니다. 2K^(+) + 2I^(-) + Pb^(2+) + 2NO3^(-) → PbI2↓ + 2K^(.. 2023. 11. 30.
염화코발트 색상변화 반응식 염화코발트 종이로 물을 검출 염화코발트 수용액을 종이에 묻히고 잘 건조한 다음에 이 푸른색 종이를 물에 넣거나 푸른색 종이에 물이 닿으면 붉은색으로 변화하는 것을 관찰할 수 있습니다. 이를 이용하면 탄화수소의 연소 반응이나 광합성에서 생성물이 물인 것을 확인할 수 있지요. 이는 염화코발트가 물과 결합하여 수화물(hydrate)을 생성하기 때문인데요, 수화물이란 분자 내에 물 분자를 포함한 물질을 일컫는 말입니다. 반대로 물분자가 제거된 화합물은 무수물(anhydrous)라고 합니다. 염화코발트가 물을 만나면 색상이 변화하는 이 현상이 어떻게 발생하게 되는 것인지 반응식을 알아보겠습니다. 염화코발트 육수화물의 생성과 분해 염화코발트가 육수화물을 생성하고, 염화코발트 육수화물이 염화코발트로 분해되는 반응식은.. 2023. 11. 30.
불균등화 반응 예시 불균등화 반응 (Disproportionation reaction) 불균등화 반응이라는 것은 산화환원반응에서 어떠한 물질이 산화가 되면서 동시에 환원이 되고, 이에 따라 각기 다른 생성물을 만드는 반응을 말합니다. 산화와 환원이 동시에 일어나기 때문에 산화환원반응(redox)으로 간주되는데, 반응식에서 산화수(oxidation number, oxidation state)가 3개 이상이 되는 원소가 있다면 불균등화 반응에 해당이 됩니다. 말로 하는 단순 설명으로는 잘 이해하기 어려울 수가 있으니 아래와 같이 사례를 통해서 정리해 보겠습니다. 과산화수소가 분해되어 물과 산소를 생성하는 반응 과산화수소의 분해로 물과 산소가 생성되는 반응은 촉매가 없어도 자연히 반응이 진행되나, 반응속도가 매우 느립니다. 따라.. 2023. 11. 30.
프로판 완전연소반응 생성되는 물의 양 구하는 방법 프로판 33g 완전연소시킬 때 생성되는 물의 질량을 구하는 방법 제목과 같은 문제가 있을 때 우선 탄화수소가 완전연소되면서 이산화탄소와 물이 생성되는 것을 바탕으로 화학반응식을 완성시켜야 합니다. 그런 다음 화학반응식에서 양적 관계를 정리하면 되는데요, 아래와 같이 정리해 보겠습니다. 1. 화학반응식의 기본 뼈대를 세우고 여기에 미정계수법을 적용하기 위해 임의의 계수를 붙입니다. aC3H8(g) + bO2(g) → cCO2(g) + dH2O(l) C : 3a = c H : 8a = 2d O : 2b = 2c + d 위의 방정식에서 편의를 위해 임의로 a=1로 두면 c=3, d=4, b=5가 도출이 되고, 아래와 같이 화학반응식을 완성시킬 수가 있습니다. C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) +.. 2023. 11. 29.
전류와 전압에 대한 기초 전류 (Electric current) 전류의 정의 전류라는 것은 기본적으로 전하의 흐름을 말하는 것으로, 전기 회로에서 전자가 이동함으로써 발생하는 것입니다. 여기서 중요한 것은 전류의 흐름은 전자의 이동이라는 것이며, 전자의 이동 방향과 전류의 방향은 반대가 된다는 것인데요, 정리하면 아래와 같습니다. 전자의 이동 방향 전지의 (-) 극에서 (+) 극으로 이동 전류의 방향 전지의 (+) 극에서 (-) 극으로 흐름 이렇게 서로 반대의 방향으로 정의가 된 이유는 전자가 발견되기 전에 전류의 방향은 양전하가 이동하는 것으로 과학자들이 생각했기 때문에 전류의 방향이 (+) 극에서 (-) 극으로 흐르는 것으로 정의가 되었기 때문입니다. 이후에 전류라는 것이 (-) 전하를 가지는 전자의 이동이라는 것이 밝혀지게.. 2023. 11. 29.
손실전력 계산 방법 및 손실전력을 줄이는 방법 송전선에서의 손실전력 발전소에서 생산된 전력을 전력을 소비하는 곳으로 전달하는 과정을 송전이라고 합니다. 이를 좀 더 좁게 구분할 수 있는데, 발전소에서 생산된 전기에너지를 변전소까지 보내는 것을 송전(power transmission), 변전소에서 사용자에게 전력을 분배하는 과정을 배전(power distribution)이라고 하기도 하고요. 이러한 송전 과정에서는 송전선의 저항에 의해서 열이 발생하고 전력의 일부가 손실되는데요, 전기에너지의 일부가 열에너지로 전환되는 것으로 이해를 하면 됩니다. 손실 전력 계산 방법 저항이 R인 송전선에 전류 I가 흐를 때 손실되는 전력 P(손실)은 송전선의 전류의 제곱에 비례하고, 또한 저항에 비례하게 됩니다. 이를 식으로 표현하면 아래와 같습니다. 손실전력 = 전.. 2023. 11. 28.
메테인 완전연소반응 생성되는 물 질량 구하는 방법 화학반응에서 양적 관계 화학반응식에서 각 물질의 계수비는 반응 몰비와 같기 때문에 반응물 중 하나의 질량이나 부피를 알면 이를 몰(mol)로 환산할 수가 있고, 이를 통해 나머지의 질량이나 부피 역시 구할 수가 있습니다. 화학반응식에서 양적 관계는 정리하면 아래와 같이 나타낼 수가 있죠. 계수비 = 몰비 = 분자 수비 = 부피비 ≠ 질량비 단 부피비는 온도와 압력이 같은 경우에 한해서 성립한다는 것을 기억해야겠고, 반응 질량비는 반응 계수비와 같지 않다는 것 역시 알고 있어야 하겠죠. 이와 관련하여 암모니아 합성 반응의 양적 관계는 아래 링크를 참고하면 되겠습니다. 2023.11.10 - [과학] - 암모니아(NH3) 합성 반응식의 양적 관계 정리 암모니아(NH3) 합성 반응식의 양적 관계 정리 암모니아.. 2023. 11. 28.
할로젠과 나트륨, 수소의 반응 할로젠 원소 (Halogen) 할로젠(또는 표기에 따라 할로겐) 원소는 주기율표의 17족에 속하는 비금속 원소를 말하는 것으로, 실온에서 할로젠 원자 2개가 결합한 이원자 분자로 존재합니다. F2, Cl2, Br2, I2와 같이 말입니다. 할로젠 분자들은 특유의 색을 띠고 있고요, 알칼리 금속과 마찬가지로 반응성이 크기 때문에 금속이나 수소와 잘 반응합니다. 참고로 할로젠 원소는 원자 번호가 작을수록 반응성이 큽니다. (할로젠 원소 반응성 : F2 > Cl2 > Br2 > I2) 할로젠 원소와 나트륨의 반응 할로젠 원소를 X라고 표기할 때 나트륨과 아래와 같이 반응을 합니다. 2Na + X2 → 2NaX 보다 넓게 생각을 해본다면 알칼리 금속과 할로젠 원소가 반응을 하면 이온성 화합물인 염을 생성하게 됩.. 2023. 11. 28.
우주배경복사에 대한 이해 가모프의 우주배경복사 예측 우주배경복사(cosmic microwave background radiation)란 조지 가모프(George Gamow)가 1948년 예측한 것으로 빅뱅 이후 약 38만년이 지나고 우주의 온도가 약 3000K가 되던 시점의 전자기파 복사를 의미합니다. 우주 전역에서 발견되는 약 160GHz의 전자기파 복사로 당시 수소 원자와 헬륨 원자가 생성이 되면서 우주 전역으로 퍼져 나간 빛이라고 이해를 하면 됩니다. 이때 퍼져나간 빛은 우주가 지속 팽창을 거듭하면서 현재 약 2.7K에 해당하는 복사 에너지로 관측될 것이라는 예측이었습니다. 고등학교 교과 과정에 등장하는데, 교재에 따라 3K로 표기하기도 합니다. 실제 우주배경복사 관측 결과 1963년 미국의 펜지어스와 윌슨은 전파망원경에 .. 2023. 11. 27.
우주의 원소 분포, 수소와 헬륨의 질량비 3:1 빅뱅 이론은 약 138억 년 전에 초고온, 고밀도의 한 점에서 대폭발(빅뱅, big bang)이 일어난 것으로 우주의 탄생을 설명하고 있습니다. 그리고, 우주는 계속 팽창하고 있다고 하죠. 이러한 빅뱅 이론을 지지하는 증거는 몇 가지가 있는데요, 그중의 하나인 우주의 원소 분포에 대한 내용을 정리해 보겠습니다. 우주의 원소 분포 1. 우주 생성 초기에는 양성자와 중성자가 서로 변환되면서 개수가 약 1:1로 존재하였습니다. 2. 우주의 온도가 점차 낮아지면서 일부 중성자들은 양성자로 변환이 되기 시작합니다. 이때 양성자와 중성자의 개수비가 약 7:1로 형성이 됩니다. 3. 양성자는 그 자체로 수소의 원자핵이 되고, 양성자 2개와 중성자 2개가 결합하여 헬륨 원자핵이 생성이 됩니다. 위의 이미지를 보고 이해.. 2023. 11. 27.
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