General Chemistry I (Chapter 1) Chemistry: Study of Change

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General Chemistry I (Chapter 1)

Chemistry: Study of Change

Tae Kyu Kim

Department of Chemistry Rm. 301 (tkkim@pusan.ac.kr)

http://plms.pusan.ac.kr

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Chemistry: Study of Matter

화학

→ 물질의 성질·조성·구조 및 변화를 다루는 학문

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Atom: Building Blocks of Matter

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모든 물질이 단지 100여 종류의 원자로 이루어짐

→ 알파벳으로 구성된 단어

물질의 성질은 그 물질을 이루는 원자들이 배열되는 방법에 의하여 결정됨 (화학결합)

→ 수소 원자 두 개와 산소원자 한 개가 결합하여 물 분자를 만듦

1) 물질은 여러 종류의 원자로 이루어져 있음

2) 한 물질은 각 원자가 결합된 방식이 바뀌면 다른 물질로 변함

Matter

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Chemistry: Central Science

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Health/Medicine Energy/Environment

Material Food/Agriculture

Study of Chemistry

Macroscopic Microscopic

직접 경험하는 거시세계의 현상을 미시세계의 입자들과 거기에서 일어나는 현상들로 가시화

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Scientific Method

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A. 과학적인 방법

B. 법칙과 이론

법칙(자연법칙): 어떤 일이 일어났는지를 요약한 것

(예: 물질의 전체 질량은 화학적인 변화를 걸쳐도 보존)

→ 질량 보존의 법칙

이론: 그러한 현상들이 왜 일어났는지에 대한 설명

(예: 반응물 내의 원자들의 수와 생성물의 원자들의 수는 같다)

Classifications of Matter

A. 물질의 분류

B. 순물질과 혼합물

순물질: 일정하고 균일한 조성과 일정한 성질을 가짐

혼합물: 둘 이상의 순물질이 고유의 성질을 유지하면서 섞여있음

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A. 혼합물

균일혼합물: 혼합물의 조성이 전체에 걸쳐서 일정한 혼합물 (설탕물) 불균일혼합물: 조성이 일정하지 않는 혼합물 (철+모래 가루)

물리적 방법: 조성의 변화 없이 물리적 방법으로 순물질로 분리

B. 순물질(원소/화합물)

원소(element): 화학적 방법으로 더 간단한 순물질로 분리 불가능 화합물(compound): 둘 이상의 원소가 일정한 비율로 이루어짐

화학적 방법: 화합물을 둘 이상의 원소 성분으로 분리

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Three States of Matter

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A. 고체(solid), 액체(liquid), 기체(gas)

Physical & Chemical Properties

A. 물질의 성질

물리적 성질: 순물질의 조성을 변화시키지 않고 측정, 관측 화학적 성질: 둘 이상의 원소가 일정한 비율로 이루어짐

→ 얼음은 0°C에서 녹는다.

→ 수소는 공기 중에서 연소하여 물을 형성한다.

B. 측정 값의 성질

크기(extensive) 성질: 물질의 양에 의존하는 성질 세기(intensive)성질: 물질의 양에 관계없는 성질

→ 질량, 길이, 부피, …

→ 온도, 밀도, 비열, …

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Measurements

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A. 국제단위계 (SI계)

Measurements

B. 질량(mass)과 무게(weight)

Mass: 물체의 운동 상태를 변화시킬 때 물체가 나타내는 저항의 척 도 어떤 물체가 특정한 가속도로 움직이게 하는 데 필요한 힘으로

측정 (F=ma)

Weight: 중력이 물체에 가하는 힘

무게는 중력에 대한 질량의 반응을 나타낸 것 몸의 질량은 지구에서나 달에서나 똑 같다.

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A. Density(밀도)

부피

밀도  질량

단위 부피당 질량

Density

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A. 온도 변환 _화씨 _섭씨

°F와 °C사이의 단위 인자=

또는

Temperature

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A. 불확정성

Uncertainty in measurement

유효숫자는 측정에서의 불확정성을 자동적으로 나타냄.

마지막 숫자의 불확실성은 다른 언급이 없는 한 보통 ±1로 가정 (Ex. 1.86 kg은 1.86±0.01 kg을 뜻함)

B. Accuracy(정확도) vs. precision(정밀도)

정확도(accuracy): 측정값이 참값에 얼마나 근접하고 있는가를 나타냄

정밀도(precision): 같은 양을 여러 번 측정하였을 때 이들 측정 값이 얼마나 서로 비슷한지를 나타냄, 측정의 재현성을 나타냄

Low accuracy Low precision

Low accuracy High precision

High accuracy

High precision ¹⁷

Uncertainty in measurement

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예: 1.00x10²세개의 유효 숫자

0.000060=6.0x10^-5: 두 개의 유효 숫자

Significant figures and calculations

A. Significant figure(유효 숫자)

오차를 고려한다 해도 신뢰할 수 있는 숫자를 자리수로 나타낸 것 오차의 크기보다 작은 수치는 신뢰할 수 없음

B. 지수 표기법(exponential notaion)

오차가 ±2인 413.2라는 측정값

신뢰할 수 있는 숫자는 4와 1 두 자리 유효 숫자는 2

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C. 유효 숫자(significant figure) 규칙

Significant figures and calculations

0이 아닌 정수 세 가지 영

완전수 숫자 앞 영 숫자 사이 영 숫자 뒤 영

무한대의 유효 숫자

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Significant figures and calculations

예제) 0.0105 g => 3개, 0.050080 g => 5개, 8.05010^-3 초 => 4개

D. 계산에서 significant figure 규칙

곱셈과 나눗셈: 계산 결과의 유효 숫자는 정밀도가 가장 낮은 측 정값의 유효 숫자와 같음 4.561.4=6.38 => 6.4 덧셈과 뺄셈: 계산 결과의 유효 숫자는 정밀도가 가장 낮은 측

정값과 소수점 아래 숫자가 같음

12.11+18.0+1.013=31.123 => 31.1

덧셈과 뺄셈에서는 소수점의 위치가 중요 곱셈과 나눗셈에서는 유효 숫자의 개수가 중요

E. Rounding(반올림) 규칙

4.348 => 2개의 유효 숫자 => 4.3, not 4.4 마지막 계산이 끝난 후에 반올림

5 이상은 올림, 5보다 작으면 버림

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A. 다른 단위로 환산

Dimensional analysis

두 단위의 등가 관계를 이용 단위 인자를 선택

단위 인자를 곱해줌

25.5 in => cm 단위로

in 와 cm 는 길이를 나타내는 단위 2.54 cm/in or 1 in/2.54 cm 25.5 in  2.54 cm/in = 64.8 cm

단위 인자에 있는 1, 2.54는 완전수 1 mi = 1609.3 m  1.6 km

1 ft (foot) = 30.48 cm = 12 in

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Summary

화학 : 개요

화학 :

물질의 성질 ·조성 ·구조 및 그 변화를 원자/분자 수준에서 이해하는 학문

General Chemistry I (Chapter 1) Chemistry: Study of Change