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과학148

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수소 이온을 양성자라고 하는 이유 어떤 학생이 질문을 하여서, 비교적 간단한 내용이긴 하지만 수소 이온을 양성자라고도 하는 이유를 정리해 보겠습니다. 아래의 포스팅을 보면 브뢴스테드-로우리의 산염기 정의에 따라 산과 염기를 양성자를 주는 물질과 받는 물질로 구분할 수 있는데, 왜 양성자와 수소 이온을 동일하게 간주하냐는 질문이었습니다. 2023.11.15 - [과학] - 암모니아가 염기인 이유 암모니아가 염기인 이유 산과 염기 아레니우스(Arrhenius)의 산과 염기에 대한 정의에 따라 일반적으로 아래와 같이 산과 염기를 구분합니다. 산(acid) : 물에 녹아서 수소 이온(H+)을 내놓는 물질 염기(base) : 물에 녹아서 수 jcspirit.tistory.com 수소 이온은 양성자 우리가 익히 알고 있다시피 수소(Hydrogen).. 2023. 12. 14.
열의 이동 방법 (전도, 대류, 복사) 온도와 열 열을 이해하기에 앞서서 온도의 개념을 생각해 보면, 온도(Temperature)라는 것은 기본적으로 물체가 얼마나 차갑고 얼마나 뜨거운지를 수치화시킨 것으로 일반적으로 섭씨온도(℃, Celsius)와 절대 온도(K, Kelvin)를 많이 사용합니다. 온도는 사실 차갑다, 뜨겁다는 개념에 앞서 입자의 운동이 얼마나 활발한지를 가늠하는 수치가 되는데요, 일반적으로 물체의 온도가 높아지면 입자의 운동은 활발해집니다. 열(Heat)은 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동하는 에너지를 뜻하는 것으로, 온도와 열을 동일한 것으로 혼동을 하면 안 되겠죠. 열의 이동 방법 (Heat Transfer) 열의 이동 방법에는 전도와 대류, 그리고 복사가 있습니다. 아래 이미지를 보면 물을 끓이고 있는 편수냄비의.. 2023. 12. 14.
동적 평형 예시 동적 평형 화학반응에서 동적 평형(Dynamic equilibrium)이란 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있는 가역반응(reversible reaction)에서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아 겉보기에 변화가 일어나지 않는 것처럼 보이는 상태를 말합니다. 조금 풀어서 설명을 해보자면 반응이 진행되면서 반응물과 생성물의 농도 변화가 균형을 이루어 변화가 없는 것처럼 보이는 것인데요, 이는 크게 상평형, 용해 평형, 화학 평형의 3가지 평형으로 나눌 수가 있습니다. 상평형 상평형(Phase equilibrium)은 고체, 액체, 기체의 상이 변화되면서 마치 변화가 일어나지 않는 것처럼 보이지만 실제로는 두 상이 변화하는 반응 속도가 같아서 두 가지 상이 서로 공존하는 상태를 말합니다. 예를 들어서, 액.. 2023. 12. 13.
마이켈슨 몰리 실험 (에테르 존재 관련) 에테르 (Aether or Ether) 역학적인 파동(wave)은 매질(medium)이 진동을 하면서 진행되는데요, 그렇기 때문에 매질에 따라 파동의 진행 속력이 다르게 나타나게 됩니다. 이에 따라 19세기 과학자들은 전자기파인 빛 역시 전달 매개체인 매질이 있을 것이라고 생각을 하였습니다. 그리고 빛을 전파시킨다고 생각한 가상의 물질이 바로 에테르(aether)였고요. 만약에 흐르는 강물에 배가 띄워져 있다고 생각을 해본다면 강물이 흘러가는 방향을 따라 내려가는 배와 강물의 흐름을 거슬러 올라가는 배 사이에 속력의 차이가 발생하게 될 텐데요, 이러한 부분에 착안하여 만약에 에테르가 존재한다면 지구와 태양의 움직임으로 인해 에테르의 흐름이 생기고 이에 따라 빛이 진행하는 방향에 따라서 속력이 달라질 것이.. 2023. 12. 12.
라부아지에의 물 분해 실험 아리스토텔레스의 4원소설 고대 그리스의 과학자이자 철학자인 아리스토텔레스(Aristotle, 기원전 384-322)는 당시 모든 물질이 물, 불, 흙, 공기로 이루어져 있다는 4원소설을 주장하였는데요, 당시의 시대상이나 과학 발전의 정도를 감안해 보면 이 4원소설이 정설로 굳어져 있었던 것이 이상한 일은 아닙니다. 그리고, 많은 과학자들이 물, 불, 흙, 공기의 4원소는 더 이상 분해할 수 없는 가장 작은 구성단위라고 이해하고 있었죠. 하지만, 18세기에 프랑스의 화학자였던 라부아지에(Antoine-Laurent de Lavoisier, 1743-1794)는 물을 분해하는 실험을 하였고 물이 원소가 아님을 증명하게 됩니다. 물론 전기분해가 아닌 열분해였지만, 해당 실험의 배경은 알아두면 좋겠죠. 라부아지.. 2023. 12. 12.
저항의 직렬연결과 병렬연결 (Series and Parallel) 전압, 전류, 저항의 관계 저항이 일정하다면 전기 회로에 흐르는 전류의 세기는 전압이 클수록 크게 됩니다. 즉 일정한 저항 아래에서 전류의 세기는 전압에 비례합니다. 그리고, 전압이 일정하다면 회로에 흐르는 전류의 세기는 저항이 클수록 작아지게 되는데요, 다시 말해서 일정한 전압 하에서 전류의 세기는 저항에 반비례를 합니다. 여기서 옴의 법칙이 성립하는데요, 전류의 세기를 I, 전압을 V, 그리고 저항을 R이라고 할 때 아래와 같이 옴의 법칙을 정리할 수 있습니다. I = R / V V = IR R = V / I 저항의 직렬연결과 병렬연결 전기 회로에서 전구와 같이 에너지를 소모하는 것은 저항으로 역할을 합니다. 에너지를 소모하는 과정이 그 자체로 전류의 흐름을 방해하는 것이기 때문으로 이해를 하면 간편.. 2023. 12. 11.
저항의 기초 개념 (Electrical Resistance) 저항에 대한 기초 개념을 읽기 전에 이에 대해 정확하게 이해하기 위해서는 전류와 전압에 대해 먼저 알아야 하므로 아래 링크를 참조하시기 바라며, 이를 바탕으로 저항의 개념에 대해 정리를 해보겠습니다. 2023.11.29 - [과학] - 전류와 전압에 대한 기초 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 이 jcspirit.tistory.com 전기 저항 전류의 정의에 따라 전류가 흐를 때 도선의 내부에서는 전자가 이동을 하고 있는데 이때 전자들은 원자와 충돌을 하게 됩니다. 이것이 바로 저항이 발생하는 까닭인데요, 전기 저.. 2023. 12. 11.
스펙트럼의 종류 (연속, 방출, 흡수 스펙트럼) 스펙트럼 (Spectrum) 광학(Optics) 분야에서 스펙트럼이라는 것은 일반적으로 빛을 프리즘이나 분광기를 통해 색상별로 분해하는 것을 말합니다. 다시 말하면 여러 파장의 빛들이 섞여 있는 것을 파장에 따른 빛의 띠로 나눈 것입니다. 그리고, 스펙트럼에서 흡수와 방출이 일어나는 것은 원자에서 전자의 에너지가 양자화되어 있는 것과 관련이 있는데요, 전자의 에너지가 양자화되어 있다는 말은 전자는 특정 궤도에만 존재할 수 있기 때문에 그 궤도에 해당하는 에너지값만을 불연속적으로 가지는 것을 뜻합니다. 원자핵에서 멀수록 전자의 에너지 준위가 높고요. 스펙트럼이라는 말을 아래 포스팅에 우주의 원소 분포를 관측하는 것에서 한번 접해본 적이 있을 것인데요, 스펙트럼에 대해서 정리를 해보겠습니다. 2023.11... 2023. 12. 8.
석회, 석회석, 생석회, 소석회 용어 정리 석회 (Lime) 석회라는 것은 기본적으로 칼슘(Ca)이 포함되어 있는 무기물을 아우르는 말인데, 생석회와 소석회를 모두 함께 일컬어 석회라고 하기도 합니다. 석회석 (Limestone, 석회암) 석회석은 주로 탄산칼슘(CaCO3)으로 이루어진 물질을 말하는데, 따라서 탄산칼슘은 석회석(석회암)을 채광한 다음 분쇄하면 얻을 수가 있습니다. 석회동굴의 종유석이나 석순, 석주가 생성되는 반응에도 등장을 하며, 조개껍데기, 달걀껍데기, 대리석 등에도 많은 부분이 탄산칼슘이기 때문에 화학반응과 관련된 내용에서는 모두 같은 탄산칼슘(CaCO3)으로 간주하여도 무방합니다. 생석회 (Quicklime) 생석회는 산화칼슘(CaO)을 일컫는 말인데요, 석회석(CaCO3)을 900-1200℃ 정도 온도에서 열분해 하여 얻.. 2023. 12. 7.
퍼센트 농도(%)를 몰 농도(M)로 변환하는 방법 용액의 농도 자주 사용되는 용액의 농도를 나타내는 방법은 크게 두 가지를 들 수가 있는데 바로 퍼센트 농도와 몰농도입니다. 퍼센트 농도는 용질의 질량을 용액의 질량으로 나눈 다음 100을 곱한 값이고 몰농도는 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 양(mol)을 말하는 것으로 일반적으로 M으로 표기합니다. 몰 농도가 같다면 용질의 입자수가 같다는 것은 정의로부터 쉽게 알 수가 있습니다. 퍼센트 농도(%) = 용질의 질량(g) / 용액의 질량(g) x 100 몰 농도(M) = 용질의 양(mol) / 용액의 부피(L) 퍼센트 농도를 몰농도로 변환하는 방법 화학식량이 A인 용질이 녹아 있는 a% 수용액의 밀도가 b g/mL일 때 수용액의 몰농도(M)를 구하는 경우를 예로 들어 설명을 해보겠습니다. 1. 우선 용액 .. 2023. 12. 7.
물의 이온화 상수로부터 pH와 pOH 계산 방법 물의 이온화 상수 및 pH와 pOH의 관계 우선 물의 이온화 상수와 pH 및 pOH와의 관계를 확인하기 전에 물의 이온화 상수에 대해서 아래 링크를 참조하시고 보시면 좋습니다. 2023.12.06 - [과학] - 물의 자동이온화반응과 이온화 상수 (Kw) 물의 자동이온화반응과 이온화 상수 (Kw) 물의 자동 이온화 반응 브뢴스테드-로리의 산염기 정의에 따라 다른 물질에게 수소 이온(H+), 즉 양성자를 내놓는 물질은 산, 다른 물질로부터 수소 이온(H+), 즉 양성자를 받는 물질은 염기가 됩 jcspirit.tistory.com 25℃에서 물의 이온화 상수, Kw = [H3O+][OH-] = 1.0 x 10^(-14)이므로 pH와 pOH의 관계를 아래와 같이 정리할 수가 있습니다. logKw = log[.. 2023. 12. 6.
물의 자동이온화반응과 이온화 상수 (Kw) 물의 자동 이온화 반응 브뢴스테드-로리의 산염기 정의에 따라 다른 물질에게 수소 이온(H+), 즉 양성자를 내놓는 물질은 산, 다른 물질로부터 수소 이온(H+), 즉 양성자를 받는 물질은 염기가 됩니다. 이 경우에 물(H2O)은 아래 반응식들처럼 경우에 따라 산이 될 수도 있고, 염기가 될 수도 있어서 양쪽성 물질(amphoteric)이 되는데요, 왜냐하면 수용액에서 물이 수소 이온(H+)과 하이드로늄 이온(H3O+, hydronium ion 또는 oxonium ion)으로 존재하기 때문입니다. pH를 구할 때 H3O^(+)의 농도를 이용하는 것의 이유이기도 합니다. HCl + H2O → H3O^(+) + Cl^(-) : 여기서 H2O는 수소 이온을 받으므로 염기가 됩니다. H2O + NH3 → NH4^.. 2023. 12. 6.
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