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연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.1
Chapter 2
원자, 분자, 이온Atoms, Molecules, and Ions
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.2
무엇을 배우나
물질의구조를설명할수있도록
물질의구성요소
• 원자• 분자• 이온주기율표
화합물
• 화학식• 이름
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.3
2.1 원자와 원자론
원자론
• Democritus(460-370BC)• 19Th초기 : 물리학과수학의발전
• Basic Rules of Science질량보존의법칙
일정성분비의법칙
배수비율의법칙
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.4
원자구조의 발견:milestone
1630 1804 1896 1897 1898 1909 1913 1914 1932
원자론확립
전자의발견
원자핵발견
양성자발견
전하를띤입자가서로끌거나미는현상의발견
방사능발견
방사능정의
전자의질량결정
중성자발견
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.5
Dalton’s Atomic Theory
• 원소는원자라고하는물질로구성되어있다.
•같은원소의원자는같은화학적특성을가지고다른원소의원자는질량과화학적특성이다르다.
•화학반응에서원자는한물질에서다른물질로이동할뿐생성되거나소멸되지않는다.
•하나혹은둘이상의원소가모여하나의화합물을형성한다.
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.6
Consequences of Dalton’s theory
In forming carbon monoxide, 1.33 g of oxygen combines with 1.0 g of carbon.
In the formation of hydrogen peroxide 2.66 g of oxygen combines with 1.0 g of hydrogen.
Law of Definite Proportions(배수비율의법칙): 여러화합물에서한원소의일정질량과결합하는다른원소의질량비는작은정수이다.
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.7
2.2 원자의구성요소
• 원자핵– 양성자– 중성자
• 전자
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.8
전하를 가진 입자의 거동
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.9
J. J. Thomson(1897)
전자의존재 : Cathode ray tube
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.10
원자핵의존재 : Rutherford의산란실험
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.11
원자의 구성요소
Atomic Diameter 10-8 cm Nuclear Diameter 10-13 cm
Particle Mass Chargekg amu Coulombs (e)
Electron 9.109 x 10-31 0.000548 –1.602 x 10-19 –1Proton 1.673 x 10-27 1.00073 +1.602 x 10-19 +1Neutron 1.675 x 10-27 1.00087 0 0
1 Å
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.12
Scale of Atoms
Useful units:
1 amu (atomic mass unit) = 1.66054 x 10-24 kg1 pm (picometer) = 1 x 10-12 m1 Å (Angstrom) = 1 x 10-10 m = 100 pm = 1 x 10-8 cm
가장무거운원자의질량이겨우 4.8 x 10-22 g이고직경은겨우 5 x 10-10 m.
Biggest atom is 240 amu and is 50 Å across.
Typical C-C bond length 154 pm (1.54 Å)
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.13
Measuring atomic masses
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.14
핵 기호(Nuclear Symbol)
A
Z
Z : 원자번호
= 양성자수
= 중성원자의전자수
: 원소의특성
***모든 H원자는 1개의양성자를가지고있고,
모든 He 원자는 2개의양성자를가지고있다.
A : 질량수
= (양성자수 + 중성자수)
같은원소의원자라도다른질량수를가질수있다 : 동위원소
Sy : 원소기호
Sy
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.15
동위원소(isotope)
atomic nuclear massprotons neutrons number symbol number
carbon-12 6 6 6 12
carbon-14 6 8 6 14
126C
146C
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.16
Subatomic Particle 존재의 증거
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.17
핵의 안정도: Belt of stability
• 안정한원소의중성자/양성자(n/p) 비가원자번호가증가함에따라증가함 : 불안정한동위원소는방사성(radioactivity)동위원소
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.18
The Periodic tableAlkali Metals
Alkaline Earths
Transition Metals
Halogens
Noble Gases
Lanthanides and Actinides
Main Group
Main Group
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.19
2.3 주기율표 개론
• 주기(Period)와족(Group)• 주족(main group elements)과전이금속(transition metals)•금속(metal),비금속(nonmetal), 준금속(metalloid: B, Si, Ge, As, Sb, Te)
•주기율표로부터•Read atomic masses.•Read the ions formed by main group elements.•Read the electron configuration.•Learn trends in physical and chemical properties.
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.20
2.4 분자와 이온
분자 : 일반적으로비금속원자들의공유결합(covalent bond)
– 분자식(molecular formula)
NH3, H2O, N2, … C2H6, CH4O
– 구조식(structural formula)
– 축소구조식(condensed structural formula)
CH3CH3, CH3OH
Ball and stick Model
H
H
H
H
OC
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.21
분자상원소들과물리적상태
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.22
이온
• 원자가전자를얻거나잃어서전하를띤입자
• 양이온(cation)과음이온(anion)
• 단원자이온의생성
금속이온은양이온을
Na atom (11p+, 11e -) → Na+ ion (11p+, 11e -) + e -
비금속이온은음이온을
F atom (9p+, 9e -) + e - → F - ion (9p+, 10e -)
• 비활성기체구조를한단원자이온의전하
Cation: Group 1 (Li+, Na+, K+…); Group 2 (Ma+2, Ca+2…); Al3+
Anion: Group 16 (O2-, S2-… ); Group 17 (F-, Cl-, Br-…. ); N3-
• 전이금속과후전이금속의양이온 :Fe2+, Fe3+
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.23
다원자이온
다원자양이온과산소산이온
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.24
2.5 화합물의 화학식
전기적중성 (electroneutrality)의법칙calcium fluoride: Ca2+, F- : CaF2
aluminum nitrate: Al3+, NO3- : Al(NO3)3
sodium dihydrogen phosphate: Na+, H2PO4- : NaH2PO4
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.25
2.6 화합물의 이름
이온화합물
이성분분자화합물
산
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.26
이온화합물
• 음이온먼저다음에양이온(영어는 cation + Anion)
예) Na2SO4 황산나트륨 sodium sulfate
• 전이금속의전하는로마자로표시
예) Fe(NO3)3 질산철(III) iron (III) nitrate
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.27
• 이온화합물계속 : 산소산음이온의이름
per- , -ate , -ite, hypo-
과-**산, **산, 아**산, 하이포아**산
예) Calcium hypochlorite: Ca(ClO)2 하이포아염소산칼슘
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.28
이성분 분자화합물
• 뒤원소화 앞원소원자수표시:일, 이, 삼, 사…
• 영어: 앞원소뒤원소ide원자수는그리스접두사사용
mono, di, tri, tetra, penta, hexa, pepta, octa, nona, deca뒤에 a가오면 o 생략
SF6 sulfur hexafluoride 육플루오르화황
N2O3 dinitrogen trioxide 삼산화이질소
N2O5 dinitrogen pentoxide 오산화이질소
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.29
일반명
H2O 물 PH3 포스핀
H2O2 과산화수소수 AsH3 아르신
NH3 암모니아 NO 산화질소
N2H4 히드라진 N2O 아산화질소
C2H4 아세틸렌 CH4 메테인
연세대학교공학기초화학강의노트 제2장 2.30
산(acid)
이성분산(Binary Acids):HCl hydrogenchloride hydrochloric acid 염화수소 염산(염화수소의수용액)
HBr hydrogenbromide hydrobromic acid 브롬화수소브롬산
산소산(Oxoacids):ate salt → ic acidite salt → ous acid
예:HClO4 perchloric acid 과염소산HClO3 chloric acid 염소산HClO2 chlorous acid 아염소산HClO hypochlorous acid 하이포염소산