환 경 화 학

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충북대학교 환경공학과 환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 1

환 경 화 학

(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

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충북대학교 환경공학과 환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 2

제1장 환경 화학과 환경의 다섯 가지 권역 (Off-line class: 1주차) 제2장 수권과 물 화학 (On-line class: 2‒3 주차)

제3장 물 화학에서의 산화와 환원 (On-line class: 4‒6 주차) 제4장 물 화학에서 상 상호 작용 (Off-line class: 7주차)

제5장 수생 미생물 생화학 (Off-line class: 8주차)

교재

원서: Environmental Chemistry (9

th

Edition), Stanley E. Manahan, CRC Press (2010) 번역서: 환경화학 (제10판), 김만구 외 5인 옮김, 자유아카데미(2018)

Contents

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학습 목표

제2장 수권과 물 화학 (On-line class: Ch.2-1)

 물의 중요성과 근원

 극성과 비극성 개념(전기음성도)

 특별한 물의 성질

 물 분자 구조의 특징

(2.1장 ~ 2.4장)

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Ch.2 수권과 물 화학

(Fundamentals of Aquatic Chemistry)

2.1 물: 지구의 자연 자본의 필수 부분

- 물의 질과 양은 인류의 복지를 결정하는 데 매우 중요.

- 물질의 화학적 운명과 이동에 관계되는 과정에 결정적 역할

물 화학 (aquatic chemistry)

- 자연수 중의 화학종 분포 및 순환을 결정하는 현상을 연구.

- 물에서 발견되는 화학종의 반응은 주위 환경에 의해 좌우.

 강, 호수, 강어귀, 지하수, 해양의 물을 고려.

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충북대학교 환경공학과 환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 8

① 전기음성도가 다른 원자간의 결합

② 분자 내에 부분적으로 하전(양전하 또는 음전하)을 띤 분자

③ 전기음성도 큰 원자 쪽은 전자 밀도가 큼  δ

전하

전기음성도 작은 원자 쪽은 전자 밀도가 작음  δ

+

전하

④ 부분적인 이온 성을 띤다.

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충북대학교 환경공학과 환경화학 (Environmental Chemistry), 임동희 9

① 전기음성도가 같은 원자간의 결합

② 전기음성도가 달라도 분자모양이 대칭이면 전하는 분자 전체에 균일하게 분포 되어 전기적 성질이 전혀 없는 비극성 분자가 형성됨 (예) H

2

, O

2

, CO

2

, CH

4

옥텟 규칙(octet rule)은 분자를 이루는 각각의 원자의 최외각 껍질에 전자 8개가 채워 졌을때 가장 안정된 상태라고 하는 화학 이론이다.

( 첫 번째 껍질에는 전자 2개)

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수화된 Na

+

이온

수화된 Cl

이온

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▶수소 결합 형성: 한 개 물분자의 산소와 다른 물분자의 수소 결합

 물 분자들이 큰 그룹으로 존재하게 함

 물 분자와 용질분자간의 수소 결합 형성: 콜로이드 입자 부유

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2.4 수생 생물

수생태계에 살고 있는 유기체 (biota)

- 독립 영양 생물 (Autotrophic organisms):

무기 물질 (C, N, P, O 등)을 고정하여 유기체를 생성하는 생산자 - 종속 영양 생물 (Heterotrophic organisms)

독립 영양 생물이 합성한 유기 물질을 이용

분해자(decomposers) 또는 환원자(reducers): 박테리아, 진균류

물의 생산성 (Productivity)

생명 물질을 생산할 수 있는 능력

적당량의 탄소(CO

2

), 질소, 인, 철 및 미량 원소 포함

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부영양화 (Eutrophication)

생산성이 과다한 상태

탄소 ({CH

2

O}), 질소(NO

3-

), 인(PO

43-

)의 농도가 많으면 생산성 증가 조류가 과다 성장되어 분해되며 산소를 소모하고 썩는 현상 초래

(참고: 녹조가 심해져서 눈으로 보일 때 부영양화라 하는데 정확한 표현은 아님.

부영양화가 된 상태에서 온도가 올라감으로써 녹조가 활성화 됨.

용존 산소 (Dissolved Oxygen, DO)

수생물의 양과 종류를 결정하는 핵심 물질

생화학적 산소 요구량 (Biochemical Oxygen Demand, BOD) 유기 물질이 생물학적으로 분해될 때 이용되는 산소의 양

물의 오염도를 나타내는 핵심적 인자

Ch.2-1 The End

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환 경 화 학

(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

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학습 목표

제2장 수권과 물 화학 (On-line class: Ch.2-2))

 물환경에서 일어나는 화학 현상 개요 이해

 유기물질의 산소 소모량 계산

 물 속 이산화탄소 농도 및 물의 pH 계산

(2.5장 ~ 2.7장)

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2.5 물의 화학

수화학의 취급 방법

열역학적(평형) 접근 vs. 반응 속도론적 접근

수환경에서 일어나는 화학 현상

1. 산-염기 반응 (H

+

이온의 거동이 중요)2장 내용 HCO

3

CO

32–

+ H

+

HCO

3

+ H

+

CO

2

(aq) + H

2

O 2. 용해-침전 반응

CaCO

3

(s) + CO

2

(aq) + H

2

O Ca

2+

+ 2HCO

3

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3. 산화-환원 반응 (전자의 이동이 중요)

3장 내용

2{CH

2

O} +SO

42–

+2H

+

H

2

S(g) + 2H

2

O + 2CO

2

(g)

4. 착물화 반응

Fe(H

2

O)

62+

+ CN

FeCN(H

2

O)

5+

+ H

2

O

(금속은 무기 음이온과 반응하여 금속 착물(complex) 형성 리간드: 금속 이온과 결합되는 화학종(CN

))

5. 흡착 반응:

S + Pb

2+

S-Pb

2+

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산도 (Acidity)

물이 OH

이온을 중화할 수 있는 용량

알칼리도 (Alkalinity)

물이 H

+

이온을 중화할 수 있는 용량

산도에 기여하는 화학종

자유 광물산 (free mineral acid): 황산(H

2

SO

4

), 염산(HCl), 질산(HNO

3

))

 광산수에는 상당한 농도의 자유 광물산이 포함

이산화탄소 (CO

2

)

• H

2

PO

4

, H

2

S, 유기산 (단백질, 지방산)

산성 금속 이온 (Fe

3+

, Al

3+

)

Al(H

2

O)

63+

Al(H

2

O)OH

2+

+ H

+

산도를 증가시키는 물질은 pH 감소시키는 물질

Ch.2-2 The End

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환 경 화 학

(Environmental Chemistry)

충북대학교 환경공학과

담당교수: 임동희 교수, E8-10동 803호

E-mail: limkr@cbnu.ac.kr

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학습 목표

제2장 수권과 물 화학 (On-line class: Ch.2-3)

 물환경에서 일어나는 화학 현상 개요 이해

 유기물질의 산소 소모량 계산

 물 속 이산화탄소 농도 및 물의 pH 계산

(2.5장 ~ 2.7장)

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이산화탄소와 관련된 중요한 평형 상수값

CO2(aq) + H2O H+ + HCO3 Ka1 = 4.45×107 (pKa1 = 6.35) HCO3 H+ + CO32 Ka2 = 4.69×1011 (pKa1 = 10.33)

화학반응에서의 평형 상수값

화학반응:

(동영상 강의 필기 숙지)

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이산화탄소는 물에서 부분 해리하여 같은 농도의 H

+

와 HCO

3

생성

CO2(aq) + H2O H+ + HCO3 Ka1 = 4.45×107 (pKa1 = 6.35)

Ch.2-3 The End

수치

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참조

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