화학방정식(chemical equation)
화학방정식은 화학반응을 간단한 기호법으로 기술한 것이며, 반응물과 생성물의 화 학식단위의 종류와 수가 표시되어 있다. The chemical equation describes chemical reactions in a simple sign method, and the types and numbers of chemical units of reactants and products are shown. 화학반응에서는 어떠한 원자도 창조되지도 안 고 또 소멸되지도 않으므로 방정식의 좌우에 있는 각 원소의 총 원자 수는 같아야 할 것이다. In a chemical reaction, no atom is created or destroyed, so the total number of atoms in each element on the left and right sides of the equation must be the same. 이를 위해 각 화학식 앞에 계수를 붙인다. 일반적으로 방정식의 좌측에 있는 물질을 반응물(reactant)이라 하고, 변화에 의하여 생긴 물질 즉 우측에 있는 물질을 생성물(product)이라고 한다.
용액의 화학양론
대부분의 화학반응은 용액(solution) 속에서 일어난다. 용액의 부피를 정확히 측정하는 것은 쉬우며, 질량을 알고 있는 물질이 일정한 부피의 용액 속에 녹아 있을 때 용액의 일부 분의 부피를 측정하면 그 속에 포함된 물질의 질량을 알 수 있다.
Most chemical reactions take place in a solution. It is easy to accurately measure the volume of a solution, and when a substance with known mass is dissolved in a certain volume of solution, measuring the volume of some parts of the solution can determine the mass of the substance contained in it
용액은 용매(solvent, 용 질을 녹이는 물질)와 용질(solute, 녹는 물질)로 구성된다. 용액의 농도표시법에는 질량 퍼 센트, 몰농도 등이 흔히 사용된다.
질량 퍼센트 (mass percent) 용질의 농도를 나타내기 위해서는 일정량의 용매에 들어 있는 용질의 질량을 알아야 한다. 예를 들면 질량이 20 % 인 NaCl 용액은 용액 100g에 20g의 NaCl을 포함할 것이다
몰농도(molarity, M) 용액의 몰농도는 정확히 1 ℓ의 용액 속에 들어 있는 용질의 몰수로 정의할 수 있으 며, 몰농도는 용액 내 용질의 몰수를 용액의 부피로 나누어 구할 수 있다.
기체의 화학양론
많은 화학반응에는 기체가 관여한다. Many chemical reactions involve gases . 예를 들면 기체인 산소는 위험물의 화학반응에서 가장 중요한 것의 하나이다. For example, oxygen, a gas, is one of the most important things in the chemical reaction of dangerous substances. 실험상 기체는 고체나 액체의 양을 측정하는 것과 같은 방법으로 그 양을 측정하는 것은 편리하지 못하다. 왜냐하면 어떤 양의 기체일지라도 용기의 크기에 관계없이 그 용기의 전체 부피를 차지하기 때문이다. This is because any amount of gas takes up the total volume of the container regardless of its size. 그러나 일정한 온도에서 일정한 크 기의 용기 속에 들어 있는 기체의 압력은 용기 속에 존재하는 기체의 양에 따라 다르다.
압력(pressure)
압력은 단위면적에 작용하는 힘으로 정의된다. 따라서 압력은 힘과 면적의 단위로 표시된다. 측정의 SI계에서 압력의 단위는 파스칼(Pa)이고, 미터계에서는 dyne/㎠이 다. 화학실험에서 가장 널리 쓰이는 기체압력의 측정법은 기체압력으로 유지된 수운주의 수직높이를 측정하는 것이다. 수은주를 1 ㎜의 높이로 유지하는 압력을 1 torr라고 한다. 표준대기압(standard atmosphere)은 온도가 0 ℃일 때 수은주의 수직높이로 760 ㎜로 유지하는 압력으로 정의하고 이 압력을 1 기압(atm)이라고 규정한다. FPS 단 위계에서는 압력을 평방인치당 파운드 수(psi)로 표시하기 때문에 1 기압을 14.7 psi로 규정하기도 한다. 적절한 환산인자를 쓰면 1 기압은 다음과 같이 표시된다.
Boyle의 법칙(기체의 부피와 압력) 일정한 온도에서 기체의 질량을 고정하였을 때, 기체의 부피는 기체의 압력에 반비 례한다. 이 법칙은 다음과 같이 표현되고, 액체나 고체에는 적용되지 않는다.
다. Charles의 법칙(기체의 부피와 온도) 일정한 압력에서 일정량의 기체의 부피는 그 절대온도 T에 정비례한다. 이 법칙을 수식으로 나타내면 다음과 같다.
결합된 기체법칙 Boyle과 Charles의 법칙을 합치면 부피와 압력과의 반비례관계와 부피와 절대온도 와의 정비례관계를 다음과 같이 동시에 나타낼 수 있다.
마. 이상기체의 법칙 실제기체는 Boyle의 법칙이나 Charles의 법칙을 정확하게 따르지 않는다. 실제기체 는 압력이 높거나 온도가 비교적 낮을 때는 이 법칙으로부터 크게 벗어난다는 것이 밝혀 졌다. 이상기체(ideal gas)는 어떠한 온도나 압력에 대해서도 정확히 기체법칙을 따 르는 기체라고 정의한다. 이상기체의 법칙은 다음과 같이 수식으로 나타낼 수 있다
열화학반응식(thermochemical equation) 화학반응에 따르는 열의 출입량인 반응열을 표시한 반응식으로, 물질의 상태에 따라 같은 물질이라도 보유한 에너지가 다르므로 물질의 상태를 함께 표시 한다. 반응식에는 온도, 압력을 표시하며, 이러한 조건이 주어지지 않을 때는 25℃ 1 기압 상태에서의 반응을 의미한다. 반응열은 보통 반응식에 대응한 반응물질 1㏖에 대한 열량의 값을 반응 식 오른쪽에 표시하는데, 발열반응의 경우에는 열이 방출되므로 오른쪽에 양(＋)의 부 호를 나타내고, 흡열반응의 경우에는 열을 흡수하므로 음(－)의 부호를 사용한다. 또, 반응물이나 생성물 상태에 따라 열적 상태가 달라지므로, 기체는 g(gas), 액체는 l(liquid), 고체는 s(solid), 수용액은 aq(aqueous)라는 약자를 사용하여 괄호 안에 표 시한다
일정한 압력 하에서 발생하는 반응열은 엔탈피(enthalpy)의 변화와 관련된다. 모든 물질은 엔탈피(H, 열함량)을 갖고 있는데, 주어진 반응에서 반응열은 반응물과 생성물 사이의 엔탈피 변화(ΔH)이며, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
발열반응(exothermic reaction)은 반응진행과정에서 열을 방출하는 반응이고, 흡열 반응(endothermic reaction)은 열을 흡수하는 반응이다. 발열반응에서 생성물의 엔탈 피는 반응물의 엔탈피보다 더 낮으므로 ΔH는 음(-)의 값을 갖고, 이 값만큼 열을 방출한다. 흡열반응에서의 생성물은 반응물보다 더 큰 엔탈피를 가지므로 ΔH는 양(+)의 값을 갖고, 이 값만큼 열을 흡수한다.
반응열의 종류( Type of Reaction Heat)
화학변화에 수반되어 발생 또는 흡수되는 열로 반응물의 에너지와 생성물의 에너지 차이를 반응열이라 하며, 일반적으로 반응열은 25℃, 1기압일 때 측정하기 때문에 정압(定壓) 반응열이라고도 한다. 이에 대하여 일정한 부피에서 측정한 경우를 정적(定積) 반응열이라고 한다. 반응의 종류에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.
A case measured at a certain volume is called a static (defined 積) reaction heat. Depending on the type of reaction, it can be classified as follows.