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[4강 화학 변화] 산과 염기 1. 산에 대하여 산이란 부식성이 있는 액체로 생각되는 경향이 있는데, 그렇지만도 않다. 우리가 매일 마시는 커피도 약한 산이기 때문이다. 용액이 산성인지 아닌지 알고 싶을 때 제일 좋은 방법은 무엇일까? 바로 지시약이라는 약품을 사용하는 것이다. (초등학교 때부터 주구장창 들어왔던 그 리트머스 종이 맞다.) 지시약(indicator)이란 일반적으로 색깔 변화를 이용해 산이 있는지를 나타내는 화학 물질을 말한다. 1600년대 초기 유럽 화학자들은 색이 짙은 꽃과 채소의 추출물을 지시약으로 사용할 수 있다는 사시을 발견했다. 예를 들어, 적양배추를 잘게 잘라서 물에 담근 후 살짝 가열해주면 보라색 용액이 만들어지는데, 이것은 훌륭한 지시약이다. 산성 용액인 식초를 이 용액에 타면 색깔이 밝은 분홍색으로 변.. 더보기
[4강 화학 변화] 연소와 분해, 산화와 환원 1. 연소와 분해 연소와 분해를 함께 다루는 이유는 두 경우 모두 새로 만들어지는 결합보다 깨지는 결합이 더 많다는 점에서 유사하기 때문이다. 대부분의 연소와 분해 반응은 매우 격렬한데, 이는 에너지와 엔트로피라는 두 개의 엔진이 반응을 촉진하기 때문이다. 반응은 주변의 에너지를 방출하는 방향을 선호한다. 우리 주변에는 주로 격렬한 반응들이 많지만, 타르타르 크림과 제빵 소다의 반응처럼 에너지를 공급받아야하는 화학 반응도 있다. 타르타르 크림과 제빵 소다를 물에 따로 녹인 후 실온과 가만히 놓아두었다가 비닐봉투에 같이 넣어 손목을 감싸면, 손목이 차가워지는 것을 느낄 수 있다. 그 이유는 반응이 일어나면서 에너지를 공급받아야 하기 때문에 주변의 열을 빼앗아가기 때문이다. 즉, 반응이 효과적으로 일어나기 .. 더보기
[4강 화학 변화] 화학 반응과 화합 반응 1. 화학 결합과 화학 반응 화학 결합(chemical bond)은 자석 사이의 상호작용에 비유할 수 있다. 서로 반대인 두 자극이 가까이 있으면 인력이 작용하여 자기적 결합이 형성된다. 반대로, 서로 같은 두 자극이 가까이 있으면 반발력도 생긴다. 음전하를 띤 전자구름은 서로를 밀어내고, 양전하를 띤 핵도 가까이 있으면 반발력이 생긴다. 이러한 힘들이 균형을 이루도록 원자들이 배열되면 화학 결합이 형성되는 것이다. 하지만 자석과는 달리, 핵끼리 글자 그대로 붙는 것이 아니라, 가장 안정한 핵간 거리를 결정하는 복잡한 힘의 균형에 의해 서로 떨어지게 되는데, 이 거리를 결합 길이라고 한다. 하지만 이러한 안정된 상태가 쉽게 유지되기란 힘들다. 적절한 양의 에너지를 받으면 진동하는 핵은 평형에서 벗어나 결.. 더보기
[3강 다양한 상태의 물질] 전자가 모든 것을 결정한다. 1. 오비탈과 물 분자에 관하여 오비탈을 정해진 공간이자 영역이라고 가정하는 것이 편하긴 하지만 사실 모양이 변하는 구름에 가깝다. 구름의 모양이 시시각각 변하듯이, 오비탈 내에 있는 전자들도 내부적, 외부적 전기장에 반응하여 변할 수 있다. 앞 포스팅에서도 이야기했듯이, 물 분자의 모양은 V자 형태이기 때문에 전자 분포가 균일한 구형을 이루지 못한다. 이 때문에 물은 내부 자기장을 형성하게 되고, 산소의 전기 음성도가 수소보다 크기 때문에 분자 내의 전자들을 산소가 수소보다 더 강하게 끌어당긴다. 전자 공유에서 나타나는 이러한 불균형 때문에 물 분자는 한쪽이 다른 쪽에 비해 음전하가 강한 쌍극자가 된다. 마치 자석처럼 한 쌍극자의 양전하 쪽은 다른 쌍극자의 음전하 쪽으로 이끌리는데, 이런 쌍극자 사이의.. 더보기
[3강 다양한 상태의 물질] 물과 용액 1. 물이 생명체에게 중요한 이유? 물은 간단한 분자같지만, 조금만 살펴보면 생명과 인간의 모든 활동에 있어 얼마나 중요한지 알 수 있다. 인간은 물 없이는 며칠밖에 살지 못하고, 다른 생명체 중에는 몇 시간, 혹은 몇 분밖에 살지 못하는 것들도 있다. 물이 생명체에 있어 이렇게 중요한 것은 어떤 특성 때문일까? 모든 것은 물의 구조적 특성이다. 물 분자는 전자쌍들 사이의 반발 때문에 산소가 중시멩 있고, 양쪽엔 수소가 결합되어 있는 V자 모양을 하고 있다. 이런 모양은 다른 구조에서는 가질 수 없는 특성을 지니게 한다. 물이 가열되면 각 분자의 운동이 빨라지고, 여러 방향으로 운동하게 된다. 방 안을 더 빠른 속도로 날아다니며 V자 형태 때문에 진동할 수도, 회전할 수도 있다. 이런 다양한 방식의 운동.. 더보기
[3강 다양한 상태의 물질] 플라즈마에 대하여 1. 플라즈마의 성질과 특징은? 기체에 충분한 열을 가하면, 원자 간의 충돌 에너지가 커져서 기체가 이온화된다. 즉, 핵이 전자를 잃게 되면서 에너지가 아주 높은 전하를 띤 입자들의 집한체인 플라즈마가 생긴다. 플라즈마의 예는 로켓 배기가스, 분젠버너, 아크용접기 등이 있는데, 이들의 특징은 전기전도성을 가진다는 것이다. 플라즈마의 또 다른 특징은 백열성이다. 백열성이란 불꽃 없이 타는 성질로, 고전압에 의해 만들어지는 플라즈마의 특징이라 볼 수 있다. 네온사인, 나트륨등, 형광등이 그 예이다. 평면 플라즈마 디스플레이는 네온이나 제논 기체가 들어 있는 미세한 셀들이 바둑판식으로 배열되어 있다. 셀에 색을 내기 위하여 고전압을 가하면 기체가 플라즈마 상태로 변하게 된다. 이어 플라즈마가 빛을 방출하면 이.. 더보기
[3강 다양한 상태의 물질] 고체와 액체, 기체 1. 고체에 대한 오해 고체 상태의 성질은 소금 결정을 관찰해보면 이해할 수 있다. 소금의 기본단위는 이온 결합을 통해 서로 연결되어있는 나트륨 이온 한 개와 염소 이온 한 개로 이루어진다. 양전하를 띤 나트륨이온은 음전하를 띤 염소이온과 서로를 끌어당기는데, 이러한 과정이 반복되면서 이온간의 연결을 통해 정육면체 모양의 결정이 만들어진다. 소금 알갱이 하나는 10의 24제곱개가 넘는 입자들이 결합되어 정육면체의 모양을 이룬다. 하지만 이런 규칙적인 모습 때문에 고체 속에서 원자들이 제자리에 단단히 고정되어 있어 전혀 움직임이 없을 것이라고 생각하면 안된다. 분자운동론은 에너지의 전이, 기체의 운동, 화학 반응의 속도, 그리고 원자와 분자가 끊임없이 운동한다는 가정에 기초한 다른 여러 가지 현상들을 설명.. 더보기
[2강 화합물] 몰과 물질의 분류 1. 아보가드로 수와 몰에 대하여 식물학자였던 로버트 브라운은 물 위에 떠 있는 먼지나 꽃가루가 생명이 깃든 것처럼 떠다니는 것을 보았다. 그는 이런 브라운 운동이 모든 시간과 장소에서 일어난다는 것을 관찰하였다. 1900년대 초, 물리학계에서는 기체가 지속적이고 무작위로 운동하는 입자들로 구성되어 있으며, 온도가 높을수록 그 운동량이 증가한다는 분자운동론에 관심을 가졌다. 아인슈타인은 이 분장운동론을 이용하여 일정한 압력과 온도 하에서 주어진 시간동안 기체 입자가 이동하는 거리를 구할 수 있는 방정식들을 유도했다. (1) 아보가드로 수 프랑스의 물리화학자 페랭은 브라운의 꽃가루 운동이 원자 크기의 입자들에 의한 떠밀림의 결과라는 것을 알게 되었다. 페랭은 브라운 입자의 움직임을 측정할 때 아인슈타인의 .. 더보기

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