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안녕하세요. 장혜철입니다.


저번에는 물질의 분류에 관해 포스팅하였는데요.


이번에는 원자와 분자에 관해 포스팅하도록 하겠습니다.


저번 포스트와 마찬가지로 제가 배운 뒤 이해한 내용을 정리하는 포스트라


모자란 부분 및 빠진 부분, 틀린 부분이 있을 수 있습니다.


이런 부분은 필자소개에 적힌 제 메일이나 댓글로 피드백 해주시면 감사하겠습니다.


(요점은 파란색으로 강조표시 해 놓겠습니다. 핵심만 보기 원하시는 분은 파란색 부분만 보시면 됩니다.)


원자는 18세기부터 화학 변화에 관한 정량적인 연구가 시작되면서

여러가지 원소가 발견되고, 여러 기본 법칙들이 밝혀지게 되었습니다.


먼저, 질량 보존 법칙 (Law of Mass Conservation)에 관해 알아봅시다.

질량 보존 법칙화학 변화가 일어날 때 반응 전 각 물질의 질량의 합은 반응 후 각 물질의 질량의 합과 같다는 법칙으로,

1774년 프랑스의 라부아지에가 황의 연소 반응 실험으로 발견하였습니다.


질량 보존의 법칙을 확인할 때에는 반응 전과 후의 물질의 총 질량에는 변화가 없다는 것을

실험적인 방법을 통해 확인하면 됩니다.

기체의 경우, 밀폐된 조건에서 실험을 진행하여야 합니다.


일정 성분비의 법칙 (Law of Definite Composition)

어떤 화합물을 구성하는 성분 원소의 질량 사이에는 항상 일정한 비가 성립한다는 법칙으로,

1779년 프랑스의 프루스트가 발견하였습니다.


일정성분비의 법칙은 화합물에서는 성립하지만, 혼합물에서는 성립하지 않습니다.

이는, 화합물은 구성 원소의 원자가 일정한 개수의 비로 결합하지만,

혼합물은 임의의 비율로 섞어서 만들어지기 때문입니다.


돌턴의 원자설1803년 영국의 과학자 돌턴이 질량 보존 법칙과 일정 성분비의 법칙을 설명하기 위해 제시한 것입니다.

내용은, 원자는 더 이상 쪼개질 수 없으며, 같은 원소의 원자들은 크기, 모양, 질량이 같으며,

화학 변화 시 원자들은 소멸하거나 생성되지 않으며, 다른 원자로 변하지 않는다(질량 보존 법칙).

그리고, 화합물은 한 원자가 다른 원자가 정해진 수의 비율로 결합하여 이루어진다(일정 성분비의 법칙). 입니다.


돌턴 이전에도 데모크리토스의 원자설이 있었습니다.

이를 고대의 원자설이라 하며, 모든 물질이 원자라는 아주 작은 입자로 이루어져 있다는 주장입니다.

이 주장은 아리스토텔레스의 4원소설에 밀려 2000년동안 주목받지 못하다가

근대에 들어와서 다시 재조명되었습니다.


돌턴의 원자설은 현대에 들어와서 원자핵과 전자와 같은 더 작은 입자의 발견, 동위원소의 발견,

핵반응으로 인해 원자가 다른 원자로 바뀔 수 있다는 것이 밝혀지면서

수정을 필요로 하게 되었습니다.


하지만, 돌턴의 원자설은 원자에 대한 현대적 모형의 기초가 되었다는 데 큰 의의가 있습니다.



기체 반응 법칙(Law of Gas Reaction)

기체가 반응하여 새로운 기체가 생성될 때 반응 후 생성되는 각 기체의 부피 사이에는 간단한 정수비가 성립한다는 법칙으로,

1808년 프랑스의 화학자 게이뤼삭이 발견하였습니다.

이 법칙은 돌턴의 원자설로 설명할 수 없었기에, 분자설이 제안되었습니다.



수소 기체와 산소 기체의 입자가 1개의 원자로 구성되는 경우, 기체 반응 법칙 모형을 나타내면

위의 그림과 같이 나타납니다.

하지만, 이 경우, 원자는 더 이상 나눌 수 없다는 돌턴의 원자력에 모순됩니다.



따라서, 기체 반응 법칙이 돌턴이 원자설에 위배되지 않도록 하기 위해서는

위와 같이, 물질이 원자들의 집합인 분자로 이루어졌다고 가정해야 합니다.

따라서, 기체 반응의 법칙이 분자설이 도입되는 계기를 제공했다고 할 수 있습니다.



이후, 1811년 이탈리아의 과학자 아보가드로

기체 반응 법칙에 따른 돌턴 원자설의 모순을 해결하기 위해

몇개의 원자가 모여 이루어진 분자의 개념을 도입한 분자설을 발표하였습니다.


내용은 다음과 같습니다.


1. 물질은 원자의 집합체인 분자로 이루어져 있으며, 분자의 상태로 그 물질의 성질을 나타낸다.

2. 분자가 반응하여 원자 상태로 되면 그 물질의 성질을 잃어버리게 된다.

3. 같은 온도와 압력에서 기체들은 그 종류에 관계 없이 일정한 부피 속에 같은 수의 분자가 들어 있다.



아보가드로의 분자설 중

같은 온도와 압력에서 기체들은 그 종류에 관계 없이 일정한 부피 속에 같은 수의 분자가 들어 있다는 가설은

후에 실험적으로 증명되어 아보가드로의 법칙이 되었습니다.

(0℃ 1기압 에서 모든 기체는 22.4L 속에 6.02 X 10^23 개의 분자가 있음)



분자란, 원자가 1개 또는 2개가 모여 물질의 특성을 가지는 최소 입자를 말합니다.

분자는 기체 혹은 용액에서 독립적으로 존재할 수 있으며,

구성하는 성분 원자와는 전혀 다른 성질을 나타냅니다.

분자는 고체, 액체, 기체의 세가지 상태로 존재하며, 이때, 원자간의 결합 길이는 그대로이지만,

분자간의 결합 길이가 달라집니다.



이렇게 해서 원자와 분자 포스팅을 모두 마치도록 하겠습니다.

저번보다 뭔가 더 정리가 안 된 것 같네요. ㅠㅠ

앞서 말씀드렸다시피, 모자란 부분이나 빠진부분, 틀린부분이 있을 수 있습니다.

이 점 양해해 주시고, 이런 부분은 제 메일이나 덧글을 통해 피드백 해 주시면 감사하겠습니다.


참고자료: 두산동아 하이탑 고등학교 화학 1

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