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STUDY/일반화학

선 스펙트럼과 보어 모형 플랑크와 아인슈타인의 연구로, 원자에 전자들이 어떻게 배치되는가에 대한 이해의 길이 열렸다. 1913년에 덴마크의 물리학자 보어는 19세기 과학자들의 수수께끼였던 또 다른 현상인 선 스펙트럼(line spectrum)의 이론적인 설명을 제안하였다. 보어가 수소의 선 스펙트럼을 설명하기 위하여 플랑크와 아인슈타인의 아이디어를 사용하였음을 알게 될 것이다. 선 스펙트럼 어떤 특정한 복사 에너지 광원은 레이저 빛처럼 단일 파장을 발생하며, 이와 같이 단일 파장으로 구성된 복사선을 단색(monochromatic)광이라고 한다. 그러나 전구 또는 별과 같이 대부분의 보통 복사선 광원은 서로 다른 많은 파장을 포함하는 복사선을 발생하며,이 경우 다색(polychromatic)광이라고 한다. 그러한 광원에서 나오는 .. 더보기
양자화된 에너지와 광자 빛의 파동 모형으로 빛의 여러 거동을 설명할 수 있지만, 몇 가지 관측에 의하면 이 모형으로는 해결할 수 없다. 다음 세 가지는 전자기 복사선과 원자가 어떻게 상호작용을 하는지를 이해하는 데 특히 적절하다. 1) 뜨거운 물체로부터의 빛의 방출(연구의 대상이 되는 물체가 ㄱ ㅏ열되기 전에 검기 때문에 흑체 복사(blackbody radiation)라고 한다.) 2) 빛을 쪼여 준 금속 표면으로부터의 전자 방출(광전 효과(photoelectric effect)), 3) 들뜬 전자 상태의 기체 원자로부터 빛의 방출 (방출 스펙트럼(emission spectrum)). 여기서는 처음 두 가지에 대해 설명해보기로 하자. 뜨거운 물체와 에너지의 양자화 고체를 가열하면 전기난로의 붉은 빛이나 텅스텐 전구의 밝은 백색.. 더보기
빛의 파동성 빛의 파동성 원자의 전자 구조에 관한 지식은 대부분은 물질이 방출하거나 흡수하는 빛을 분석하여 얻어진다. 그러므로 전자 구조를 이해하려면 우선 빛에 관하여 알아야 한다. 우리 눈으로 볼 수 있는 빛, 즉 가시광선 (visible light)은 전자기 복사선(electromagnetic radiation)의 한 종류이다. 전자기 복사선은 공간을 통해 에너지를 운반하므로 복사 에너지(radiant energy)라고도 알려져 있다. 가시광선 이외에도 전자기 복사선은 여러 종류가 있다. 라디오를 통해 음악을 운반하는 라디오파, 벽난로 불꽃에서 나오는 적외 복사선, X선 등과 같이 여러 다른 형태의 복사선은 서로 매우 다른 것처럼 보이지만, 이들은 근본적인 공통점을 갖고 있다. 모든 종류의 전자기 복사선은 진공에.. 더보기
바이오연료에 대한 과학적 정치적 과제 21세기 우리들이 직면하고 있는 가장 큰 과제는 식량과 연료를 포함한, 풍부한 에너지원의 확보이다. 2012년 말에 이르러 세계 인구는 70억명이 되었으며 10년당 7억 5000만의 속도로 증가하고 있다. 이러한 인구 증가는 세계 인구의 약 75%에 해당되는 아시아와 아프리카에, 특히 식량 공급이라는 중요한 문제를 발생시키게 되었다. 또한 인구 증가에 따라 수송,공업 생산, 전력, 난방과 냉방을 위한 연료 수요가 증가하고 있다. 더욱 심각하게는 중국, 인도와 같은 인구가 많은 국가에서 1인당 에너지 사용량이 급증하고 있다. 중국의 1인당 에너지 사용량은 미국보다는 20% 정도 낮은 수치이지만, 1990년과 2010년 사이에 두 배 가까이 증가하였다. 2012년 지구 전체의 연료 에너지 사용량은 5*10^.. 더보기
열계량법 H값은 일정한 압력에서 반응에 동반되는 열흐름을 측정하는 실험을 통하여 결정한다. 물질 속으로 또는 물질 밖으로 열이 흐르면 물질의 온도는 변한다. 열흐름이 만드는 온도 변화의 크기를 측정하면 열흐름의 크기를알아낼 수 있다. 이때 열흐름을 측정하는 방법을 열계량법(calorimetry)라고 하고, 열흐름을 측정하는 기기는 열량계(calorimeter) 라고 한다. 열용량과 비열 물체가 열을 흡수하면 뜨거워진다. 모든 물질이 열을 받으면 온도가 변하지만, 일정량의 열에 의해 생성되는 온도 변화의 정도는 물질에 따라 다르다. 일정량의 에너지를 흡수할 때 물체에 흡수된 온도 변화는 C로 표현되는 물체의 열용량(heat capacity)에 의해 결정된다. 어떤 물체의 열용량은 물체의 온도를 1K 높이는 데 필요.. 더보기
엔탈피 엔탈피 우리 주위에서 일어나는 화학적, 물리적 변화들, 예를 들면 식물 잎에서의 광합성, 호수에서 물의 증발, 실험실의 밀폐되지 않은 비커에서의 반응 등은 본질적으로 일정한 지구의 대기압 하에서 일어난다. 이러한 변화의 결과로 열의 방출 또는 흡수가 일어날 수 있으며, 또한 계에 의해 또는 계에 대해 수행된 일이 수반될 수 있다. 이들 변화를 탐구함에 있어, 상태 함수인 열역학식을 주로 열의 호흡과 관련시키면 유용하다. 일정한 압력 하에서 엔탈피(enthalpy, 그리스어 enthalpein, 따뜻하게 함) 라고 하는 열역학 양은 이러한 방정식으로 쓸 수 있다. 기호 H로 표시되는 엔탈피는 계의 내부 에너지에 압력 P와 부피 V의 곱을 더한 것으로 정의된다. H=E+PV 내부 에너지 E와 같이 P와 V는.. 더보기
흡열 과정과 발열 과정 흡열 과정과 발열 과정 계로 또는 계에서의 열의 이동이 이 장의 중심 논제이므로, 이동의 방향을 가리키는 몇 가지 특별한 용어를 살펴보자. 어떤 과정이 일어날 때 계가 열을 흡수한다면, 그 과정을 흡열(endothermic, endo-는 안으로를 의미함)이라고 한다. 얼음이 녹는 것과 같은 흡열 과정에서 열은 주위에서 계의 안으로 흐른다. 우리가 주위의 한 부분인 얼음이 녹고 있는 용기를 만지면, 용기가 차갑게 느껴진다. 그 이유는 열이 우리 손에서 용기로 빠져나가기 때문이다. *흡열 반응과 발열 반응 싸이오사이안산 암모늄 (ammonium thiocyanate)과 수산화 바륨 팔수화물 (barium hydroxide octahydrate) 을 실온에서 혼합하면 온도가 내려간다. 분말 알루미늄과 삼화이철.. 더보기
열역학 제1법칙 계의 퍼텐셜 에너지는 운동 에너지로 변환될 수 있고, 그 반대도 가능함을 알았다. 또한 에너지는 일과 열의 형태로 계와 주위 사이에서 서로 이동할 수 있다는 것도 알았다. 이 모든 변환과 이동은 과학에서 가장 중요한 관찰들 가운데 하나인 '에너지는 생성될 수도, 소멸될 수도 없다.'는 것과 일치한다. 어떤 에너지든지 계에서 잃어버리면 반드시 주위에서 얻어지며, 그 역도 마찬가지이다. 에너지는 보존된다는 이 중요한 관찰을 열역학 제1법칙이라고 한다. 이 법칙을 정량적으로 적용하기 위하여 먼저 계의 에너지를 정확하게 정의하자. 내부 에너지 계의 구성 성분들의 모든 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지의 합을 계의 내부 에너지(internal energy)라고 정의한다. 예를들어 그림에서 내부 에너지는 수소 분자와 산.. 더보기

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