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1장. 서론 : 화학-중심과학(The Central Science)
Physics
Geology
Chemistry
Engineering Biology
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• 이 세상에는 화학적 조성이 아닌 물질은 없다.
• 많은 분야를 이해하기 위한 핵심 분야
• 삶과 올바른 지적 선택 가능
• 조직적/논리적 문제 해결
1.1 화학을 왜 배우는가?
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* 화학( chemistry) 이란 무엇인가?
1. 물체, 특히 원자 및 분자의 조성, 구조, 성질, 반응에 관한 과학
2. 물체의 조성과 물체에서 일어나는 조성의 변화를 다루는 과학
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1.2 화학의 본질
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물질
조 성 구 조
특 성 반 응
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▶거시적 그림
• 멀리 떨어져서 봤을 때 보이는 물과 해안선 같은 전체적 그림
▶미시적 그림
• 가까이 봤을 때 물과 식물 속의 단일 세포 및 세포기관들
• 물 분자 (H=수소 원자 , O=산소 원자 )는 두 개의 수소 원자와
한 개의 산소 원자로 구성되므로 H2O로 나타낼 수 있음
▶화학은 미시적 분자 세계와 일상생활에서의 거시적 물체를 연결
* “호수” 관찰하기
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1.3 화학자처럼 생각하기
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1. 문제를 정의한다. 모든 정보를 포함하여 문제와 상태를 명확히
인식할 필요가 있다. 이것을 과학에서는 관찰한다(making an
observation) 고 한다.
2. 문제에 대한 가능한 해법들을 제시한다. 과학에서는 이것을 가
설을 세운다(making a hypothesis)고 한다.
3. 어느 것이 문제를 해결하는 데 가장 좋은 방법인지 결정하라.
일상생활에서 과거의 경험을 이용한다. 과학에서는 실험을 수
행한다(perform an experiment)고 한다.
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1.4 문제 해결을 위한 과학적 접근법
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Limey Sailor British sailors got the nickname 'limey' after they were issued withlime juice to combat the disease scurvy in 1795.
과학적접근및문제해결의예
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1747년에 James Lind라는 의사는 영국에서 Plymouth Colony로 항해를 하는 배에승선하던 중 당시의 괴질인 괴혈병의 치료를 위한 간단한 실험을 하였다. 당시 괴혈병은선원들 사이에 발생한 무서운 병으로 1600년에 발간된 영국의 보고서에는 그 시대에20여년간에 걸쳐서 약 10, 000명의 선원들이 이 병에 의해 사망했다는 보고가 있다.
1747년 5월 20일에 Lind는 12명의 아픈 선원들을 2명씩 여섯 그룹으로 나눈 후, 동일한 식사를 제공하였으나 다음 물질을 각 그룹에 차별적으로 공급하였다:
1. 매일 사과 주스 공급2. elixir vitriol 25방울 (sulfuric acid and aromatics) 3. 매일 3번씩 두 스푼의 식초4. 허브와 향신료의 혼합물 ( herbs and spices )
5. 매일 바닷물 half-pint 6. 매일 두 개의 오렌지와 한 개의 레몬 공급
관측결과 : 1. 오렌지와 레몬을 먹은 선원은 즉시 회복. 2. 사과 주스를 마신 두 사람은 병세가 약간 호전은 됬으나 일할 정도는 아님. 3. 위의 처방을 (1 & 6) 제외한 아무 것도 병세를 호전시키지 못함.
결론Lind 박사는 감귤류에 함유된 그 무었이 괴혈병을 치유하는 것으로 결론을 내리고, 모든 환자들에게 감귤을 공급함. 그 결과 모두 괴혈병에서 즉시 회복됨을 관측함.
과학적 관측 : 괴혈병 (Scurvy)
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• 가설(hypothesis) : 어떠한 사실들에 관한 잠정적인 설명,
추가 실험을 위한 기초
• 이론(theory) : 어떤 현상에 대한 일반적인 원리를 그것을
뒷받침할 만한 증거를 가지고 기술함 : 잘 정립된 가설
• 과학 법칙(Scientific law) : 자연현상을 간단히 서술한
것으로 주어진 조건에서 예외를 허용하지 않음
* 기본 정의
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법 칙
이 론
이 론(모형)
관 찰
가 설
(분석)
(설명)
(분석)
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경험, 실험
경험, 실험
자연현상서술불변!
자연현상설명변할수있음!
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• 물체는 질량을 가지고 있고 공간을 차지하는 것
• 물체는 눈에 보이지 않을 수 도 있음
- 공기는 물체이지만, 보이지 않음
• 물체는 연속적이고 쪼개지지 않은 것처럼 보임
- 물체는 불연속적이고, 원자(atom)라 불리는
분리된 작은 입자로 구성되어 있음
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1.6 물체의 입자적 성질
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물질의 특성(Properties of Matter)
• 화학은 물질의 변화를 연구하는 학문이다.
• 물질은 특성에 따라 다음의 두 가지 성질로분류된다:
• 물리적 성질(physical property)은 색, 온도, 밀도등과 같이 물질 자체의 조성변화 없이 관측되는성질이다.
• 화학적 성질(chemical property)은 연소, 생물질분해등과 같이 한 물질이 다른 물질로 변화 시관측되는 성질이다.
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물리적 변화와 화학적 변화(physical and Chemical Changes)
• 물리적 변화에서는 물질의 화학적조성은 변화하지않는다.
• 화학적 변화에서는 화학적 조성의 변화로 한물질에서 다른 물질로 변환한다.
• 물질의 상태변화(change of state)는물리적 변화이다. 예) 얼음-물-수증기
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물리적 변화와 화학적 변화(physical and Chemical Changes)
다음 과정들은 물리적 변화인가 화학적 변화인가?
• 전자 오븐에서 물이 가열된다.
• 물이 얼어서 얼음으로 변한다.
• 철못에 녹이 쓴다.
• 가스가 펌프로 압축된다.
• 소금이 물에 녹는다.
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물질의 분류(Classification of Matter)
• 모든 물질은 순수한 물질과 혼합물로 나눌수 있다.
• 순수한 물질(pure substance)은 일정한조성 (fixed composition)과 독특한성질(distinct properties)을 갖는다.
• 혼합물(mixture)은 자신의 화학적동질성(chemical identities)을 유지하는 둘이상의 순수한 물질의 조합이다.
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순수한 물질(Pure Substances)
• 순수한 물질은 원소(elements)나화합물(compounds)로 존재한다.
• 원소(element)는 화학적 방법으로 더간단한 물질로 분해될 수 없다.
• 화합물(compound)은 항시 둘 이상의원소가 일정성분(same proportion)으로구성되어 있다.
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원소 (Elements)
현재 약 110개가량의 원소들이 존재. 이들의 이름과기호는 주기율표(Periodic Table)에 배열.
지구껍질과 인체의 구성원소 질량비의 예:
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화합물 (Compounds)
화합물은 화학반응에 의해서만 그들의구성원소들로 분해될 수 있다.
예:
물의 전기분해
(산화-환원반응)
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혼합물 (Mixtures)
• 두 가지 이상의 순수물질의 조합. 조성의 변화를갖는다. (예: 설탕물)
• 혼합물의 특성이 균일하지 않으면불균일(heterogeneous) 혼합물이다. 상이 두개이상.
• 혼합물 전체가 균일한 특성을 보이면균일(homogeneous) 혼합물 혹은 용액이라 한다.
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혼합물 (Mixtures)
• 혼합물중의 순수한 물질은 물리적 방법에의해 분리할 수 있다.
• 바닷물에서 소금의 분리 : 증류(distillation)
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물질의 분류
상이 2개이상
용액
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원소, 화합물, 아니면 혼합물?
• 바닷물(Seawater)용액(solution)
• 철(Steel) 원소(element)
• 구리(Copper) 원소(element)
• 대리석(Marble) 불균일 혼합물
• 산화철(iron oxide)화합물(compound)
• 다이아몬드 원소(element)
• 우유(milk) 불균일혼합물
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과제물 안내
각 장에 있는 연습문제 (파란색) 풀이.(문제의 내용을 적는다: 긴 문제의 경우 –핵심 내용)
o 문제간 구분 및 chapter 구분을 명확히 할 것.
평가기준 : 출석 : 20%과제 : 20%중간 : 30%기말 : 30%----------------
100%