오늘은 대학 교과과정 일반화학의 1단원에 대해서 정리해보도록 하겠다. 굉장히 주관적인 나의 공책정리를 참고하였으며, 미래에 까먹지 않도록 작성하는 목적이 크기 때문에 가독성이 좋지 않을 수도 있다는 점을 인지하였으면 좋겠다.
1. 화학의 정의
화학은 여러 학문의 기초지식이며, 물질과 그들의 변화에 대해 연구하는 학문을 말한다.
2. 화학의 연구대상
화학은 크게 2가지 분야의 세계를 연구대상으로 삼고 연구를 진행한다.
2-1. 거시적 세계
거시적 세계는 의미상으로 보아도 눈에 보이는 것들을 연구하는 것이다. 직접적이라는 특징이 있다. 돌멩이를 예로 들 수 있다.
2-2. 미시적 세계
미시적 세계는 의미상으로 보아도 눈에 보이지 않는 것들을 연구하는 것이다. 간접적이라는 특징이 있다. 돌멩이 속의 O와 SI를 예로 들 수 있다.
3. 과학적 방법의 의미
연구를 위한 체계적인 접근법을 과학적 방법이라고 한다. 보통 실험과 수정을 반복하는 과정을 거친다.
그리고 전체 루틴을 보면 “관찰 -> 표현 -> 해석 -> 관찰…”이 반복되며 과학적 방법의 연구를 진행한다. 가설/법칙/이론 이렇게 3가지로 나누어 보는 경우도 있다.
4. 물질의 분류
물질은 공간을 차지하며 질량을 가진 모든것을 일컫는 말이다. 우리는 이 물질을 여러 가지로 나눌 수 있다.
1. 순물질
: 일정하고 균일한 조성과 성질을 갖는 물질
1-1. 원소
: 한가지 종류의 원자로 이루어진 물질
1-2. 화합물
: 두가지 종류 이상의 원자로 이루어진 물질
2. 혼합물
: 둘 이상의 순물질이 고유한 성질을 유지하며 섞인 물질
2-1. 균일 혼합물
: 혼합물의 조성이 일정
2-2. 불균일 혼합물
: 혼합물의 조성이 일정하지 않음
이때 서로간의 특징이 있다. 그것은 바로 혼합물을 물리적인 방법으로 분리하면 순물질이 된다는 것이고, 화합물을 화학적인 방법으로 분리할 경우 원소가 된다는 것이다. 표를 한 번 그려보면 쉽게 이해할 수 있다.
5. 물질의 세 가지 상태와 성질
물질은 보통 고체,액체,기체 이렇게 3가지의 상태를 지니고 있다.
물질의 성질은 물리적 성질, 화학적 성질, 크기 성질, 세기 성질 이렇게 4가지로 나눌 수 있다. 물리적 성질과 화학적 성질이 하나로 묶이고 크기와 세기 성질이 하나로 묶인다. 각 의미는 다음과 같다. 물리적 성질은 조성, 본질이 변화하지 않는 것을 말한다. 끓임이나 응고로 인하여 원래 상태로 돌아갈 수 있다는 것을 의미한다. 화학적 성질은 조성, 본질이 변화하는 것을 말한다. 끓임이나 응고로 인하여 원래 상태로 돌아갈 수 없다는 것을 의미한다. 크기 성질은 양과 관련된 성질을 말한다. 세기 성질은 양과 상관없는 성질을 말한다.
6. 측정
우리 세계는 측정의 통일성을 위해 국제단위계 SI 기본 단위를 사용한다. 총 7가지가 존재한다. 차례대로 나열해보자면 m, kg, s, A, k, mol, cd 이렇게 있다. 처음부터 길이, 무게, 시간, 전류, 온도, 물질의 양, 빛의 세기를 의미한다.
측정단위가 존재한다면 이제는 단위 접두사가 필요하다. 단위 접두사는 테라, 기가, 메가, 킬로… 정말 많다. 궁금하면 여기를 클릭해서 직접 찾아보도록 하자.
여기서 우리가 집중해야 하는 부분은 바로 물질의 정의 중에서 질량과 부피이다. 이 둘은 밀도를 만들기 때문이다. 밀도는 질량을 부피로 나눈 값이다. 모든 물질은 질량과 부피가 존재해야 한다. 이 말을 다르게 풀어쓰면 모든 물질은 밀도를 가지고 있어야 한다는 것으로 해석할 수 있다.
그리고 집중해서 봐줄 것은 바로 온도의 척도 K이다. SI단위로 K가 소개되었지만 사실 온도는 켈빈, 섭씨, 화씨 이렇게 3가지로 표현이 가능하다. 보통 공식은 아래와 같다.
K = C + 273.15
F = 9/5*C + 32
7. 숫자 다루기
화학을 공부하기 시작한다면 숫자를 다루는데 능해야 한다. 왜냐하면 화학은 너무 큰 수와 작은 수를 동시에 다루기 때문에 어떤 값이 나와도 쉽게 표현이 가능해야 하기 때문이다. 이를 위해 과학적 표기법, 유효숫자와 같은 개념들이 생겨났다.
1. 과학적 표기법
큰수나 적은 수를 정확히 사용하기 위해서 만들어진 표기법이다. 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈과 같이 우리가 흔히 아는 사칙연산에서 계산하는 방법에 대해서 규칙을 정해두었다.
연산 방법은 간단하다. 덧셈, 뺄셈의 경우 지수 n을 통일하여 계산하면 된다. 곱셈, 나눗셈의 경우 숫자는 N끼리, 지수 n끼리 계산하여 표기하면 된다.
2. 유효숫자
유효숫자는 측정의 불확실성을 나타내기 위해. 즉, 오차를 줄이기 위해 사용한다. 모든 수가 그러하듯 마지막 자리는 항상 불확실하다.
유효숫자를 세는 것은 총 5가지가 있다. 처음부터 5개를 한번에 작성할 테니 눈 크게 뜨고 읽어보았으면 한다.
1. 0이 아닌 모든 수.
2. 0이 아닌 수 사이에 있는 0.
3. 최초에 있는 0은 세지 않는다.
4. 소수점 오른쪽에 있는 모든0.
5. 끝에 있는 0과 2번의 경우
1.0402와 같은 수가 있을경우, 유효숫자는 5개라 할 수 있다.
다음은 연산방법에 대해 알아보도록 하겠다. 연산 방법은 과학적 표기법과 거의 유사하다. 덧셈, 뺄셈의 경우 소수점 아래 자릿수가 가장 작은 친구를 따라 계산해주면 된다. 곱셈, 나눗셈의 경우 유효숫자가 가장 적은 친구를 따라 계산해주면 된다. 셀 수 있는 정확한 수의 유효숫자 개수는 무한개라 생각하고 사칙연산을 해준다.
