캣미스트리

!! 파이어인가

아님 혹시 비둘기니?

고양이 키우기 게임에 관심이 많아서 고양이관련 게임을 막 해보고 있어요 ㅋㅋ

그 중 하나인 고양이카페 입니다.

고양이를 분양받고, 틈틈히 먹이를 주고 키워 다시 분양보내는 게임입니다.

기본적인 고양이들 입니다. 초반이니까 무난하게..

신경써줘야 할게 많네요 ㅠㅠ

기다리면 저렇게 금방 자랍니다!

털뭉치도 생기는데 제거해줘야 잘자랍니다.

실수로 오래 방치해두면 노인고양이가 되어서

되파는 가격이 매우 저렴해집니다 ㅠㅠ

고양이 종류..

먹이주문엔 시간과 골드가 듭니다.

이런식으로 먹이가 실시간으로 생성됩니다 ㅋㅋ

사실 그닥 재미있지는 않았습니다. 고양이 보는맛도 그렇게 많지는 않아요.

시간이 많이 필요한 게임이라서 흥미가 마냥 생기지는 않네요.

본 포스팅은 네이버 블로그에 링크걸어 둔 포스팅입니다.

(http://blog.naver.com/pysung0409/220990918587)

1. 전해질

전해질이란 용매에 녹였을 때 전기가 흐르는 물질입니다.

대표적인 예로 소금이 있어요. 소금은 NaCl 로, 물에 녹이면 Na+ 이온과 Cl- 이온으로 나뉩니다.

이렇게 이온화 된 소금은 전류를 흘려주면 전류가 통하게 됩니다.

이 때, 이렇게 전류가 흐르게 되는 능력을 전기 전도도(electrical conductivity) 라고 합니다. 전기 전도도가 높으면 전류가 잘 흐르겠지요.

그럼 물에 녹이면 다 전류가 흐르는가? 아니에요. 대표적인 예로 설탕이 있어요.

설탕은 앞에서 보았듯 대표적인 혼합물로, 설탕 입자는 물에 녹아 이온화되지 않으므로 +,- 를 가지지 않고

전류가 흐르지 않게 됩니다.

애초에 물 자체가 전류가 흐르지 않나요?

네 안흐릅니다! 실제 100% 순수한 물이라면 전류가 흐르지 않아요.

H2O 분자로만 이루어진 물은 +,- 를 띄지 않으므로 전류가 흐르지 않습니다.

(아주 적은 양이 자동으로 이온화되어 전류가 흐른다고 하지만 패스)

여하튼, 물같은 용매에 녹아 이온화되어 전류를 흐르게 하는 물질을 전해질 이라 합니다.

2. 센 전해질, 약한 전해질

전해질이라 해도 이온화되는 정도가 다릅니다.

물에 녹아 거의 완전히 이온으로 되는 물질을 센 전해질이라 합니다.

반대로 물에 녹아도 이온화가 잘 되지 않는 물질을 약한 전해질이라 합니다.

3. 산, 염기

산과 염기에 대한 정의는 아주 다양했어요. 화학에서 주로 사용되는건 Arrhenius의 정의입니다.

물에 녹아 H+ 이온(양성자)을 만들어내는 물질을 산(acid)이라 합니다.

물에 녹아 OH- 이온(수산화이온)을 만들어내는 물질을 염기(base)라 합니다.

즉, 산과 염기도 물에 녹아 전류를 흐르게하는 전해질이라 할 수 있겠네요.

4. 센 산, 센 염기 / 약한 산, 약한 염기

2.와 3.을 합쳐봅시다. 물에 녹아 거의 다 이온화가 되는걸 센 전해질이라 했지요.

그리고 물에 녹아 H+ 이온을 내놓는 걸 산이라 했어요.

합치면, 물에 녹아 H+ 이온으로 거의 다 이온화가 되는 것을 센 산(strong acid), 또는 강산이라 합니다.

마찬가지로, 물에 녹아 OH- 이온으로 거의 다 이온화가 되는 것을 센 염기(strong base), 또는 강염기라 합니다.

센 산의 예로는 HCl, HNO3, H2SO4 등을 들 수 있어요. 이걸 물에 녹이면 다음과 같이 됩니다.

HCl → H+(aq) + Cl-(aq)

HNO3 → H+(aq) + NO3-(aq)

H2SO4 → H+(aq) + SO4-(aq)

이처럼 H+ 이온을 내놓고있어요. 거의 모든 분자가 이온화되므로 센 산입니다.

센 염기의 예로는 NaOH, KOH 등을 들 수 있어요.

NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq)

KOH(s) → K+(aq) + OH-(aq)

OH- 이온을 내놓고 있어요. 거의 모든 분자가 이온화되므로 센 염기에요.

센 산, 센 염기가 있다면 약한 산, 약한 염기도 있겠지요?

약한 산의 대표적인 예로는 아세트산이 있어요. 식초의 주 성분이지요.

아세트산은 CH3COOH 로 나타낼 수 있어요. 물에 녹으면 다음과 같이 됩니다.

CH3COOH(aq) → CH3COO-(aq) + H+(aq)

H+ 이온을 내놓고 있어요. 다만 CH3COOH는 수용액에서 1% 정도만 이온화됩니다.

99%는 이온화되지 않고 그대로 있어요. 그래서 약한 산(weak acid), 또는 약산이라 합니다.

약한 염기로는 암모니아(NH3)를 예로 들께요. 암모니아를 물에 녹이면 다음과 같아요.

NH3(aq) + H2O(l) → NH4+(aq) + OH-(aq)

NH3는 물과 결합해 OH-를 내놓는 염기에요. 이 때 약 1%밖에 결합하지 않기 때문에

99%의 NH3는 그대로 남아있어요. 그래서 약한 염기(weak base), 또는 약염기라 합니다.

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5. 한계 반응물(=한계 시약)

한계 반응물의 정의는 간단합니다!

빨간분자는 산소, 파란분자는 수소입니다.

O2와 H2가 결합해 H2O가 되려 합니다.

화학반응식을 만들면, O2 + 2H2 → 2H2O 가 되겠지요?

즉, O2 하나에 H2 두개가 필요해요. 그런데 O2는 4개, H2는 10개가 있습니다. 

그럼 이렇게 되겠지요.

O2 + 2H2 → 2H2O 에서, O2가 4개 있을 때 H2 8개가 결합할 수 있습니다.

그럼 H2가 2개가 남겠지요?

즉, O2가 더 있었으면 생성물을 더 만들었을텐데 그러지 못했어요. O2가 부족했기 때문이에요.

이렇게 생성물의 양을 제한하는 반응물을 한계 반응물 또는 한계 시약 이라고 부릅니다.

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4. 화학 반응식

화학 변화가 어떻게 일어나는지를 쓰는게 화학 반응식 입니다.

반응에 사용되는 물질을 반응물(reactant), 생성되는걸 생성물(product) 이라고 해요.

반응물을 왼쪽에, 생성물을 오른쪽에 쓰고 화학반응이 진행된다는걸 화살표로 나타내요.

예를 들면 이런식으로..

화학 반응을 해도 원자가 바뀌지는 않아요. 즉, 반응물과 생성물에서 각각의 원자개수는 같아야합니다!

그래서 일반화학에서 문제로 내기 좋은게 화학 반응식 균형 맞추기 입니다!

각 분자의 계수를 정해줘서 반응물과 생성물의 원자개수를 같게 만들어주는 거에요.

위의 예를 들어볼께요. 반응물에선 C가 2개인데, 생성물에선 1개밖에 안보이지요.

화학 반응식이 균형이 맞지 않아요. 반응물엔 있는데 생성물엔 모자라는게 있으니까요.

그래서 시행착오를 거쳐가며 화학 반응식을 맞춰갈 수 있어요.

위의 예로 차근차근 풀어봅시다. 

화학반응식 균형맞추기에서 중요한 팁은 복잡한 분자부터 맞춰주자! 입니다.

1.  C2H5OH 에서 C가 2개인데, 생성물에선 CO2 에 C가 1개만 있어요.

CO2를 2CO2로 써줍시다! 그럼 다음과 같게 됩니다.

2. C는 앞뒤가 맞네요. 이번엔 H의 개수를 맞춰봅시다. 반응물의 H는 C2H5OH의 H 총 6개이고,

생성물의 H는 H2O의 H 2개네요. 3H2O로 바꿔주면 총 6개가 되겠지요!

3. 이제 O의 개수를 봐요. 반응물의 O 개수는 C2H5OH에서 1개, O2에서 2개, 총 3개에요.

생성물의 O는 2CO2에서 4개, 3H2O에서 3개, 총 7개에요.

반응물의 O가 모자라네요. O2가 3O2가 되면 반응물의 O도 총 7개가 됩니다!

반응물과 생성물의 원자개수가 다 같게 고쳐졌어요!

이런걸 화학 반응식의 균형 맞추기 라고 합니다!

화학 반응식은 반응의 중요한 정보를 제공하므로, 반응식에 나오는 분자들의 물리적 상태를 표시해줘요.

기체는 (g), 액체는 (ℓ), 고체는 (s), 수용액은 (aq) 로 나타냅니다.

위의 예시를 완전하게 완성시키면 다음과 같이 됩니다.

앞의 포스팅에서부터 이어집니다.

② 시성식 

화합물은 특정한 성질을 가질때가 있어요. 물에 잘 녹거나, 안녹거나, 향을 내거나, 강산이거나, 등등..

이때 모든 원자들이 마음대로 성질을 내는게 아니라, 특정한 성질을 내는 구조가 있어요.

이렇게 분자가 특정한 성질을 가지게 하는 구조를 작용기 라고 합니다.

쉬운 예로 -OH (알코올), -COOH (카르복실기), -NH2 (아민기) 등이 있어요.

알코올의 경우, OH가 작용기 이므로

CH3OH도, CH3CH2OH도, CH3CH2CH2CH2CH2OH ...도 알코올의 성질을 띄게 됩니다(정도의 차이는 있음).

시성식이란, 작용기가 눈에 보이도록 써놓은 식을 뜻해요.

예를 들면, 아세트산(CH3COOH)의 경우 COOH 를 돋보이게 써놓은게 바로 그것입니다.

분자식 그대로 C2H4O2 라고도 쓸 수 있는데, COOH가 있는지 알 수 없으니까 눈에 띄게 써둔것이지요!

③ 구조식 

구조식은 실제 결합모양을 선으로 나타낸 것 입니다.

위에서 말한 아세트산의 경우 대충 이렇게 생겼어요. 이게 구조식입니다.

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아세트산을 이용해 정리해볼께요.

아세트산의 실험식 : CH2O

아세트산의 분자식 : C2H4O2

아세트산의 시성식 : CH3COOH

아세트산의 구조식 : 

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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.

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2. 몰질량, 질량 백분율

① 몰질량

물질 1몰의 질량을 그램으로 표시한 것을 몰질량 이라 합니다.

예를 들어봅시다. CH4의 경우 C 1개와 H 4개로 이루어져 있어요.

탄소 1몰의 질량은 12.01g 이고, 수소 1몰의 질량은 1.008g 입니다.

즉, CH4 1몰은 12.01g + 4 X 1.008g = 16.04g 입니다.

위처럼, 분자일 경우 몰질량 = 분자량 입니다.

Q. 탄산칼슘의 화학식은 CaCO3 이다. 몰질량은?

탄소의 질량 : 12.01g, 산소의 질량 : 16.00g, 칼슘의 질량 : 40.08g 으로 주어졌습니다.

A. CaCO3에는 탄소하나, 산소3개, 칼슘하나로 이루어져 있다.

즉, 탄산칼슘의 몰질량은 12.01g + 3 X 16.00g + 40.08g = 100.09g

탄산칼슘의 몰질량, 즉 1몰의 질량은 100.09g 입니다.

A. 탄산칼슘 시료가 7.5몰이 있다. 몇그램인가?

탄산칼슘 1몰은 100.09g 입니다. 7.5몰의 질량은 아래와 같습니다.

② 질량 백분율

말 그대로 화합물 내 질량의 백분율을 뜻해요.

화합물 1몰의 총 질량과 성분원소 1몰의 질량을 비교하면 질량 백분율을 얻을 수 있어요.

CH4로 예를 들어봅시다. 우선, 위에서 보았듯 CH4 1몰의 질량은 16.04g 입니다.

CH4 1몰에는 탄소 1몰과 수소 4몰이 들어있어요.

CH4 에서 탄소의 질량 백분율을 구해봅시다. 탄소 1몰의 질량은 12.01g 입니다.

CH4 1몰의 총 질량 16.04g 중에 탄소 1몰의 질량 12.01g이 있는거에요. 질량 백분율은 다음과 같아요.

백분율이므로 100을 곱했어요. 즉, CH4 1몰내에서 탄소 1몰의 질량 백분율은 74.87% 입니다.

수소도 마찬가지로 계산할 수 있습니다.

백분율은 너무 쉬운 개념이라 쉽게 생각하고 넘기는 경우가 많으므로

오히려 한번만 눈으로 읽어두면 편합니다!

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1. 원자 질량, 몰

① 원자 질량

원자 한개의 절대적인 질량을 정확하게 저울에 달아 재는 것은 불가능해서,

원자 질량은 상대적인 질량을 재요. 즉, 하나를 기준으로 잡아놓고 나머지가 얼마나 가볍냐, 무겁냐로 따져요.

이때 기준이 되는것이 탄소의 질량단위 입니다. 탄소에도 동위원소들이 있는데,

이중 자연에서 가장 많은 질량수 12인 탄소를 기준으로 잡았습니다.

원자의 질량은 amu (atomic mass unit) 단위로 나타냅니다.

1 amu 란 원자 한개의 질량을 의미해요. 실제로 원자의 질량을 절대적으로 잴 순 없어서 1개가 딱 1 amu 인건 아니에요.

대신 원자의 질량을 나타낼 때 질량수 12인 탄소의 질량을 12 amu 로 잡은거에요. 즉, 그러기로 약속한거에요.

(이때 질량수란 양성자수+중성자수 를 뜻해요. 질량수는 보통 기호왼쪽위에 숫자로 나타내요.  질량수 12인 탄소는  이렇게)

그냥 직관적으로 설명해볼께요 (정확하지는 않음)

앞에서 원자의 질량은 양성자와 중성자에 의해 결정된다고 했지요. 질량수 12인 탄소는 양성자 6개와 중성자 6개를 가지고 있어요.

12 amu 가 질량수 12인 탄소의 질량이라고 했지요.

즉, 1 amu 는 양성자 하나와 중성자 하나를 합쳐서 2로 나눈, 평균 질량같은 느낌이겠네요
(실제론 중성자가 조금 더 무겁대요)

원자 한개의 무게를 표시하고자 amu 를 만들었는데, 왜 하필 탄소를 사용했을까요?

계산과정에서 가장 유용한게 탄소이기 때문이에요.

이유를 크게 두가지로 잡아보면 다음과 같아요.

⑴ 탄소를 기준으로 잡으면, 질량수 1인 수소의 질량이 1 amu에 매우 가까워요. 


수소 하나가 약 1.008 amu 가 돼요. 수소나 탄소는 화학계산에서 매우 많이 쓰이기에,


이 값들이 정수에 가까운게 화학계산에 유리해요.

⑵ 탄소가 자연계에서 동위원소 비율이 상당히 낮기 때문이에요.


동위원소란 같은 원자내에서도 질량이 다른거라고 했었어요. 그 이유는 중성자수가 다른 원소들이 있기 때문이구요.

그래서 동위원소가 매우 많고 복잡한 원소면 질량 계산할때 복잡하겠지요?

근데 탄소는 동위원소 비율이 매우 낮아요.

질량수 12인 탄소가 지구상에 98.89%, 13인 탄소는 1.11%, 14인 탄소는 계산의 의미가 없을 정도로 적어요.

그래서 동위원소로 인한 오차가 매우 적기 때문에 기준으로 사용하기 좋아요.

화학계에서는 산소를 기준으로 잡기도 한대요. 16amu 를 질량수 16인 산소원자의 질량으로 보는거지요.

그거야 과학계 알아서 할 일이고..

우리는 amu 가 가상의 원자 1개의 질량을 나타내는거구나, 하고 알면 돼요.

그리고 근사적으로, 1 amu 는  이에요.

② 몰, 아보가드로 수

몰은 쉽게 생각해야해요. 몰은 그냥 수에요. 1몰은 에요. 그냥 수이기에 단위도 없어요.

구슬이   개 있다하면 구슬이 1몰 있어요.

아이스크림이  개 있다 하면 아이스크림이 1몰 있어요.

이 때   이 수를 아보가드로 수(Avogadro's number)라 해요.

몰의 정확한 의미는 정확히 12g의 순수한  에 들어있는 탄소 원자수와 같은 수 라고 정의해요.

정의가 만들어지고, 정확한 측정법에 의해 아보가드로 수가 정해진 거에요.

다른 말로, 탄소 12g에 각 질량이 12 amu인 탄소가 정확히  개 들어있다는 뜻이에요.

즉,    이에요.

Q. 탄소 6개가 들어있는 시료의 질량은?

A. 탄소 하나의 질량은 12 amu 로 정의되었어요. 즉, 탄소 6개의 질량은 12 amu X 6 = 72 amu 에요.

amu와 g의 관계식을 위에서 봤지요. 단위인자로 환산해서 생각해보면

  이므로  

입니다.

즉,