일반화학 / 화학량론 (3) - 실험식, 분자식

본 포스팅은 네이버 블로그에 포스팅 된 글을 옮겨오는 중입니다.

(http://blog.naver.com/pysung0409/220986710747)

3. 실험식, 분자식, 시성식, 구조식

① 실험식, 분자식 

탄소와 수소로 어떤 화합물을 만들었어요. 뭐가 만들어졌을까요?

NMR 같은 측정장비로 직접 측정하는 방법도 있지만, 그 기기가 없고 단순한 장비밖에 없다고 쳐요.

쉽게 생각나는 방법은 그 화합물을 연소시켜 보는거에요.

연소를 시킨다는건 산소를 공급한다는 뜻이에요. 촛불이 산소가 없으면 꺼지듯이, 뭔가 불태운다는건

산소와 결합시키고 있는거에요.

     가열(O)

        ▼

C ---------→ CO2   이렇게

탄소(C)를 연소시키면 산소(O)와 결합해 이산화탄소(CO2)를 생성해요.
 

수소(H)를 연소시키면 산소(O)와 결합해 물(H2O)을 만들어요.

(환경에 따라 다를수 있지만 그렇다고 가정)

자동차 배기관으로 이산화탄소와 물이 생성되는것과 같아요.

그럼 탄소와 수소로 이루어진 물질을 태워서 나오는 물과 이산화탄소의 무게를 재면

탄소, 수소가 얼마나 나왔는지 알수있어요.

예를 들어, 탄소와 수소, 질소로 이루어진 화합물이 있어요. 각각의 질량 백분율을 계산해봤더니

탄소 38.7%, 수소 16.2%, 질소 45.1% 가 나왔어요. 실제로 각각 몇 몰이 나온걸까요?

화합물 100g이 있었다고 가정해보면 쉬워요. 100g에는 탄소 38.7g, 수소 16.2g, 질소 45.1g 이 있을거에요.

탄소의 몰질량은 12g/mol 이므로, 이 화합물 100g 내의 탄소의 양은 다음과 같아요.

 

즉, 100g내의 탄소의 양은 3.2 mol 이에요.

마찬가지로, 수소의 몰질량은 1g/mol 이므로 100g 내의 수소의 양은 16.2 mol 이에요.

질소의 몰질량은 14g/mol 이므로 100g 내의 질소의 양은 3.2 mol 이에요.

가장 간단한 정수비로 나타내기위해 각각을 3.2로 나누면,

탄소 1 : 수소 5 : 질소 1 의 비율이네요!

즉, 이 화합물의 조성은 탄소가 n개 일때 수소가 5n개, 질소가 n개 있어요.

CnH5nNn 입니다. 간추려서 (CH5N)n 이라고 쓸 수 있어요.

이렇듯 n이 정수가 될때 가장 간단한 식 을 실험식 이라 해요.

위의 예에선 n=1 일때 CH5N 이 실험식이에요.

하지만 이게 실제 CH5N 인지는 알수없죠? n이 1이 아닐수도 있으니까요.

C2H10N2일수도, C3H15N3 일수도 있어요. 이때 그 화합물의 몰질량을 알아야 화합물의 정확한 n값을 알 수 있어요.

만약 화합물의 몰질량이 62g/mol 인 경우를 생각해봅시다. CH5N의 몰질량은 12g/mol + 5g/mol + 14g/mol = 31g/mol 입니다.

n=2일때 즉, C2H10N2 일때 몰질량이 62g/mol 이겠지요? 결국 이 화합물의 진짜 화학식은 C2H10N2 입니다.

이때 이 정확한 화학식을 분자식 이라고 합니다.