. 화학변화와 화합물
(1) 물리변화와 화학변화
1) 물리변화 : 물질이 변화할 때 그 물질의 고유한 성질은 변하지 않고 상태, 모양, 크기 등만 변하는 현상 예) 물의 끓음, 설탕의 녹음, 유리 깨짐 등
2) 화학변화 : 물질이 변화할 때 처음의 물질과는 성질이 전혀 다른 새로운 물질로 변하는 현상 예) 음식물의 썪음, 양초가 탐, 김치가 익는 것 등
(2) 물질의 연소
물질이 산소와 반응하여 열과 빛을 내면서 새로운 물질이 생성되는 현상을 연소라고 하는데, 물질이 공기 중의 산소와 반응하여 많은 열과 빛을 내는 반응뿐만 아니라 마그네슘이나 철가루가 공기 중이 산소와 급격히 반응하면서 열과 빛을 내는 반응도 연소라고 한다.
(연소의 조건)
물질이 산소와 결합하여 연소하려면 다음의 세가지의 조건이 필요. 이 중 하나라도 부족하면 연소될 수가 없다.
① 물질(연료) : 탈 수 있는 물질(가연성)
② 산소 : 공기 중에서 지속적으로 공급 되어야 한다.
③ 발화점 : 연소가 계속될 수 있는 온도
(연소 반응의 예)
① 초나 알코올이 타면 어떤 물질이 생기는가?
초나 알코올은 공기중의 산소와 반응하여 열과 빛을 내며 새로운 물질로 변한다.
② 강철솜의 연소
철 + 산소 → 산화철 + 열
③ 마그네슘금속의 연소
마그네슘 + 산소 → 산화마그네슘 + 열
참고) 마그네슘 + 이산화탄소 → 산화마그네슘 + 탄소
→ 마그네슘은 이산화탄소와도 연소 반응한다.
(3) 화학 변화의 종류
물질의 성질이 변하는 화학 변화는 크게 화합, 분해, 치환 및 복분해로 구분할 수 있다.
1) 화합 (A + B → AB)
두 가지 이상의 물질이 결합하여 원래의 성질과 전혀 다른 물질로 되는 화학 변화
→ 두 가지 이상의 물질이 화합하여 한 가지 물질로 되는 화학 변화를 합성이라고 하는데 일반적으로 생성된 물질이 복잡한 구조일때 화합이라는 말 대신에 합성이라고 한다.
☞ Zn + S → ZnS, 2H + O →H20
2) 분해(AB → A + B)
한 종류의 물질이 두 종류 이상의 새로운 물질로 나누어지는 변화. 화합과는 반대 반응이다. 분해 방법에 따라 열분해, 촉매에 의한 분해, 전기 분해 등으로 나눈다.
① 열분해 : 화합물을 가열하여 분해시키는 방법이다.
☞ 탄산수소나트륨 → 탄산나트륨 + 물 + 이산화탄소 (2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 )
☞ 산화은 → 은 + 산소 (Ag2O → 2Ag + O2 )
☞ 탄산칼슘 → 산화칼슘 + 이산화탄소 (CaCO3 → CaO + CO2)
② 촉매에 의한 분해 : 촉매제를 사용하여 분해시킴
☞ 과산화수소 + 이산화망간(촉매) → 물 + 산소
☞ 염소산칼륨 + 이산화망간(촉매) → 염화칼륨 + 산소
(촉매)
화학 반응에 참여하여 자신은 반응 전후를 통하여 변하지 않고 반응 속도만을 변화시키는 물질. 정촉매는 반응 속도를 증가 시키고, 부촉매는 반응속도를 감소 시킨다.
③ 전기 분해 : 전기에너지에 의해 일어나는 분해
☞ 물(전기분해) → 수소 + 산소
3) 치환(AB + C → A + BC)
어떤 화합물의 성분 중 일부가 다른 원소로 바꿔지는 변화
☞ 아연 + 염산 → 염화아연 + 수소
4) 복분해(AB + CD → BC + AD)
두 가지 화합물이 성분의 일부를 서로 바꾸어 두 가지 이상의 새로운 물질을 만드는 변화
☞ 염화나트륨 + 질산은 → 질산나트륨 + 염화은
(4) 화학반응 나타내기
1) 화학변화와 원자배열
화학변화가 일어나도 원자는 새로 생기거나 없어지지 않으며 단지 분자를 이루는 원자의 배열이 달라져 새로운 화합물이 생성된다.
2) 화학식
① 실험식
화합물에 포함된 원소의 종류와 원자의 수를 가장 간단한 정수 비로 표시한 식
예) 아세트산( CH3COOH,분자식=C2H4O2 ) → 원자수의 비 ☞ C : H : O = 1 : 2 : 1
∴ 실험식 = CH2O
벤젠(C6H6) 과 아세틸렌(C2H2) → 원자수의 비 ☞ C : H = 1 : 1 ∴ 실험식 = CH
② 분자식
분자식은 분자를 구성하는 성분원자의 원소기호와 그 갯수의 비를 기호로 나타낸 것이고 분자모형은 분자식에 맞는 기하학적 모형으로 표현하는 방법이다. 분자식을 가장 간단한 정수비로 나타낸 것이 실험식이므로 분자식은 반드시 실험식의 정수배가 된다.
예) 실험식 = CH → 벤젠(C6H6) 과 아세틸렌(C2H2)
③ 시성식
물질의 성질을 나타내는 화학식의 특정 부분을 작용기로 나타낸 화학식
작용기:-CHO(알데히드),-OH(알코올),-COOH(카르복시산),-COO-(에스테르),-CO-(케톤),-O-(에테르)
예) 지방산 ☞ COOH(카르복시기 = 산성)
④ 구조식
화합물 내에서 원자들이 서로 결합된 상태를 결합선으로 나타낸 화학식
예) O=C=O, H-O-H
3) 화학반응식
① 반응물질과 생성물질의 종류를 안다.
② 각 물질의 화학식을 안다. 필요할 때에는 화학식 오른쪽 옆에 고체(s),액체(l),기체(g),수용액(aq) 표기.
③ 반응 물질의 화학식은 왼쪽에, 생성물질의 화학식은 오른쪽에 쓰고 화살표(→)로 연결한다.
④ 반응 물질과 생성 물질의 원자수가 같아지도록 화학식 앞의 계수를 맞춘다.
(각 물질의 몰 수, 즉 계수는 가장 간단한 정수비로 나타내며, 1은 생략함).
☞ 예) C3H8(g) + O2(g) ---→ CO2(g) + H2O(g)
→ 계수 맞추기에서 가능한 위의 산소와 같이 홑원소 물질인 경우에는 가능한 나중에 맞춘다.
→ 탄소부터 차곡차곡 갯수를 맞춘다. 탄소가 3개 ∴ 이산화탄소 앞의 계수 또한 3
→ 다음 수소를 맞추면 오른쪽의 물 앞에는 4가 된다.
→ C3H8(g) + O2(g) ---→ 3CO2(g) + 4H2O(g)
→ 산소를 생각하면 뒤에 CO2쪽에 산소가 6개 뒤의 H2O에 산소 4개 총 10개 ∴ 반응물질의 산소 앞은 5
→ C3H8(g) + 5O2(g) ---→ 3CO2(g) + 4H2O(g)
(5) 화학식을 쓰는 순서
1) 무기 화합물
㉠ 금속 원소와 비금속 원소의 화합물 : 금속 원소를 왼쪽, 비금속 원소를 오른쪽에 쓴다.
㉡ 비금속 원소 사이에 이루어진 화합물 : 양성 원소를 왼쪽, 음성 원소를 오른쪽에 쓴다.
(예) KI, Al2O3, CuCl2, CO2, CS2
2) 탄소 화합물
C, H, O의 순서로 쓴다. (예) C2H4O2(아세트산), C2H6(에탄), C6H12O6(포도당)
4. 화학식량
화학식을 구성하는 모든 원자들의 원자량을 모두 합한 값
종류 : 원자량, 분자량 등
(1) 원자량
원자 1개의 질량은 매우 작은 값이어서 이를 그대로 사용하기가 불편
∴ 탄소 원자 6C의 질량(1.99×10^-23g) = 12로 정하고, 이것과 비교한 다른 원자의 상대적 질량.
㉠ 원자량은 원자의 실제 무게가 아닌 상대적인 값이므로 단위가 없다.
㉡ 상대적 원자량은 주기율표에 나와 있는 원자량(=평균 원자량) 값과 차이가 난다.
① 평균 원자량 : 자연계에 존재하는 동위원소의 질량수를 평균한 값.
② 1 그램 원자량 : 원자량에 g을 붙인 양
1그램 원자량 = 원자량 + g = 원자 6.02 × 10^23 개의 질량 = 원자 1 몰의 질량
참고) 아보가드로의 수
→ 6C의 질량 = 1.99×10^-23g = 12를 기준으로 원자량을 사용하는데 만일 12g일 경우
→ 12÷(1.99×10^-23)= 6.02×1023 = 아보가드로의 수
참고) 원자, 분자, 그리고 원소의 의미
→ 물질에는 물질 나름의 성질이 있는데 이 성질을 나타낼 수 있는 가장 작은 입자가 '분자'이다.
→ '분자'를 더 잘게 쪼개면 물질의 성질을 잃어버리게 되고 더 이상 쪼갤 수 없는 '원자'로 나뉘어 진다.
→ '원소'는 '원자'를 기호로 표기한 것이다.
(2) 분자량
분자를 이루고 있는 원자들의 원자량의 총합. 분자량도 상대적인 질량인 원자량의 합이므로, 단위가 없다.
예) CO2의 분자량 ▷ 12+16×2 = 44
H2O의 분자량 ▷ 1×2+16 = 18
공기(N2 80% O2 20%)의 평균 분자량 : 28 × 0.8 + 32 × 0.2 = 28.8
(3) 몰
1 몰 = 6.02×10^-23개 = 22.4L(기체분자, 0℃-1기압) = 화학식량(g)
→ 하나의 원자에 해당하는 g원자량에는 아보가드로수(6.02×10^23개)만큼의 원자가 들어 있다.
→ 하나의 분자에 해당하는 g분자량에는 아보가드로수(6.02×10^23개)만큼의 분자가 들어 있다.
→ 하나의 이온에 해당하는 g이온량에는 아보가드로수((6.02×10^23개)만큼의 이온이 들어 있다.
(4) 화학반응식이 나타내 주는 정보
