필수 기본 화학 개념 설명 해볼게요
전체 화학 교육 과정의 기반이되는 기본 화학 개념을 배우는 것은
초보자에게 압도적 일 수 있습니다.
그 이유 중 하나는 방대한 양의 정보가 있기 때문입니다.
그래서 저는 15 가지 중요한 기본 화학 개념을 설명하기로 결정했습니다 . 화학 을 배우는 데 더 나은 모습을 보여줄 수 있기를 바랍니다 . 이것들은 우리 리뷰의 대부분의 화학 교과서에 명확하게 설명되어 있습니다.
기본적인 유기 화학 책을 살펴 보는 것도 흥미로울 것입니다 . 아니면 AP 화학 시험 이나 화학 SAT 시험 을 준비하고 싶을 수도 있습니다 !
유기 화학을 배우기 시작하는 경우 필요한 가장 중요한 개념에 대한 개요 와 SN1 및 SN2 반응을 비교 하는 추가 리뷰 도 게시 했습니다 .
우리는 기초 화학에 대한 소개부터 시작할 것입니다 : 화학 의 가장 기본적인 정의에 대한 배경, 약간의 역사, 화학이 왜 그리고 어떻게 중요한지 강조합니다. 화학의 기본 단위는 원자, 분자, 아 원자 입자로 정의됩니다. 그런 다음 초보자 관점에서 논의하고 질문 형식으로 공식화합니다.
따라서이 기사 는 화학이나 과학 전반에 익숙하지 않은 사람들 을 대상으로 합니다. 교사 인 경우 여기로 학생들을 리디렉션 할 수 있습니다.
이것은 각 개념에 대한 포괄적 인 설명이 아니라 각 개념에 대한 소개입니다 : 초보자를위한 화학 기초. 우리는 그것들을 더 확장하는 데 유용하다고 생각되는 출처를 인용하고 포함합니다.
그러니 더 이상 고민하지 않고 뛰어들 수 있습니다!
- 화학이란 무엇을 의미합니까?
화학 의 입문으로서 물질과 변화를 연구하는 것은 과학의 한 분야입니다. 첫째, 화학은 물질의 구성과 특성 (기본적으로 우리가 관찰 할 수있는 거시적 물질)에 대한 연구를 다룹니다. 그런 다음 화학은 변화 , 또는 특정 조건에 제출 될 때 이러한 물질이 어떻게 진화하는지, 또는 한 물질 이 다른 물질과 상호 작용하는 동안 어떻게 변하거나 반응 하는지를 다룹니다 . 화학의 정의는 기본적으로 모든 것을 다루기 때문에 짧게 만들 수 없습니다!
- 화학은 언제 “발견”되었습니까?
기원전 1000 년의 고대 역사에서도 기본적인 화학 개념이나 법칙이 실제로 확립되기 훨씬 전에 매우 간단한 화학 공정이 수행되었습니다. 광석에서 금속을 추출하거나 식물과 같은 천연 자원에서 화합물을 추출하는 것은 수천 년 전에 처음 수행되었으며 오늘날에도 여전히 존재하는 화학의 예입니다.
연금술은 우리가 화학의“원생 과학”이라고 부르는 것 입니다.
연금술에서 화학으로
철학자의 돌을 찾아 연금술사 , 조셉 라이트 (1771)
Alchemy는 물질의 본질, 속성 및 변형을 설명하려고 노력했습니다. 그러나 그것은 과학이 아니라 신화와 마법의 집합이었습니다. 그것은이 합의되면, 17 일에 시작 우리가 알고있는 현대 화학에 연금술의 전환, 일 의 출판과 세기, 회의적인 Chymist 현대 화학의 아버지로 간주됩니다 로버트 보일 (1661)에 의해. 화학과 연금술의 차이점 은 과학적 방법 의 적용입니다 .
- 화학이 중요한 이유는 무엇입니까?
모든 것이 화학입니다. 거시적으로 관찰 할 수있는 모든 것은 화학 물질로 이루어져 있습니다. 당신은 화학 물질로 만들어져 있고, 음식은 화학 물질이며, 당신은 화학 물질을 호흡하고, 우리는 화학 물질로 살아가고 있으며, 화학 물질 덕분에 태양 아래에서 보는 모든 것은 화학 물질의 혼합물입니다.
당신이 보거나하는 모든 것은 화학적 개념과 과정을 기반으로합니다. 화학에 대한 이해와 응용 덕분에 불꽃 놀이가 벌어집니다. 질병을 치료하기 위해 복용하는 약은 화학적 과정을 통해 그렇게합니다. 화학을 알기 때문에 건물이 떨어지지 않습니다. 분명히, 이러한 모든 예는 서로 다른 과학 분야가 함께 모인 결과입니다. 중심 과학 인 화학 은 그것들을 하나로 묶는 역할을합니다.
- 화학을 중앙 과학이라고 부르는 이유는 무엇입니까?
모든 과학은 기본적인 화학 개념에 의해 결합되어 있기 때문에 중앙 과학 이라고 합니다 . 화학이 없으면 물리 과학 (화학 자체 포함)은 생명 과학 (예 : 생물학) 및 응용 과학 (예 : 공학)에 얽매이지 않고 격차를 찾을 수 있습니다. 이것은 화학 교과서에 대한 모든 소개에서 주목하는 것이 중요합니다.
화학, 중앙 과학
Balaban과 Klein이 Wikipedia 를 통해 제안한 과학지도
- 화학의 미래는 무엇입니까?
화학은 물질을 연구하고 조작하는 과학입니다. 우리 인간은 ( 자연을이기는 것이 쉽지는 않지만) 꽤 잘하고 있지만 , 분자 나 화합물을 몇 분 만에 쉽게 만들 수있는 이상적인 위치와는 거리가 멀다.
그것은 아마도 장기적인 도전적인 합성 프로젝트 에 의존하지 않고 몇 분 안에 모든 화합물을 마음대로 만들 수있는 화학적 합성의 미래 일 것입니다 . 더욱이, 합성 화학의 가능성은 말 그대로 무한합니다. 화학 물질을 더 좋게 만들거나 주어진 작업에 대해 더 잘 작동하는 분자를 찾을 여지가 항상있을 것입니다.
“미래의 화학”의 또 다른 핵심 측면은 진정한 완전한 지속 가능성에 도달하는 것입니다. 화학은 에너지 문제를 해결하는 과학의 주요 분야 중 하나가 될 것입니다.
또한 화학은 중앙 과학으로서 기술과 학제 간 과학이 원활하게 발전 할 수 있도록 돕는 책임이 있습니다.
화학의 미래
중앙 과학 인 화학은 학제 간 기술 발전을 함께 유지합니다. NASA / Pat Rawlings에 대한 크레딧.
- 원자 란 무엇입니까?
원자가 화학 소자의 기본 단위로서 정의된다. 근본적인 문제입니다. 단순하고 기본적인 화학 개념.
분명히 우리는 원자가 아 원자 입자라고 불리는 더 작은 입자로 만들어져 있다는 것을 알고 있습니다 : 양성자 (관습에 의해 양전하), 전자 (관습에 의해 음전하) 및 중성자 (중성 입자).
간단히 말해서, 양성자와 중성자는 원자 또는 핵의 내부 부분을 구성하며 원자 질량의 대부분을 차지합니다. 전자는 핵 주위에 구름 (궤도 또는 전자를 찾을 확률이 높은 영역)을 구성합니다.
원자는 무엇인가, 기본적인 화학 개념
Universetoday.com을 통한 원자의 보어 모델
양성자와 중성자는 기본 입자가 아닙니다. 그들은 쿼크 로 만들어집니다 . 반면에 우리가 아는 한 전자는 기본 입자이며 더 작은 것으로 만들어지지 않았습니다.
- 분자 란 무엇입니까?
분자는 함께 결합 원자의 그룹이다. 그것은 화학적 복잡성의 다음 단계입니다. 분자는 화학 화합물의 기본 단위를 나타내며 이는 또 다른 필수 기본 화학 개념입니다.
그게 기본입니다. 예를 들어, 공유 결합을 통해 함께 결합 된 수소 (H) 원자 2 개와 산소 원자 1 개 (O)로 구성된 물 분자가 있습니다.
물 분자 모델
물 분자의 모델. Wikipedia 를 통해 Dbc334 / Jynto에 대한 크레딧
추가 정의에는 화학 반응에 참여할 수있는 가장 단순한 기본 단위이며 전기적으로 중성이라는 것이 포함됩니다. 이 후자의 점은 분자를 다른 유형의 화합물 인 이온과 구별합니다.
- 어떤 종류의 화합물이 있습니까?
화학 화합물에는 세 가지 기본 유형이 있으며이 게시물에서는 기본 화학 개념 에 대해 간략하게 소개해야합니다 . 그들 모두는 원자를 함께 결합한 결과입니다. 차이점은 이러한 원자를 결합하는 힘의 본질에 있습니다.
에서는 분자 (예, 물, 또는 H와 같은 두 원자에 의해 서로 접착되어 “개인”자연의 중성 화합물있는, O, 상기 참조) 공유 결합 . 공유 결합은 일반적으로 전자 쌍 또는 결합 쌍 을 공유하는 두 개의 비금속 원자 사이에서 발생합니다 .
에서는 이온 성 화합물 (예를 들면 일반적으로 “염”이라고도 염화나트륨 또는 염화나트륨 등), 원자 이온 형태이다 (충전)와 반대로 대전 된 이온들의 대규모 네트워크에 야기하는 이온의 힘에 의해 함께 유지된다. 이온 결합은 금속과 비금속 사이에서 발생합니다.
하나 이상의 유형의 금속 원자 사이에 확장 된 원자 네트워크가 형성 될 때 우리는 금속 결합 에 대해 이야기하고 있습니다.
- 주기율표는 무엇입니까?
주기율표 알려진 모든 화학 원소의리스트 또는 배열이다. 이것들은 유사한 원자 구조, 따라서 유사한 속성을 가진 요소를 그룹화 할 수있는 방식으로 구성됩니다. 이 순서의 주요 기준은 원자 번호를 증가시켜 배열하는 것인데, 이는 해당 원소의 핵 (양성자 및 중성자)의 입자 수입니다. 이 발명품은 러시아 화학자 디미트리 멘델레예프 (Dimitri Mendeleev)가 만든 것으로 , 2019 년에 우리는 1869 년 그의 최초 보고서 150 주년을 기념합니다.
원소의 주기율표
간단한 주기율표. Wikipedia에 대한 크레딧
- 두 가지 화합물이 반응하는 이유는 무엇입니까?
물질의 화학 연구 변화. 화학적 반응은 화학적 화합물의 하나 개의 세트는 다른 것으로 변환하는 처리이다. 반응은 일부 초기 결합이 끊어지고 일부 새로운 결합이 형성되는 화합물 사이에 상호 작용이있을 때 발생합니다.
왜 이런 일이 발생합니까? 간단히 말해, 새로운 결합을 함께 유지하는 에너지가 초기 결합을 유지하는 에너지보다 높기 때문입니다. 이것은 열역학적으로 선호되는 공정 의 정의입니다 . 유리한 열역학은 두 화합물이 서로 반응하도록하는 가장 기본적인 단계입니다. 다른 매우 중요한 요소는 반응 역학 입니다.
- 키랄성은 무엇이며 어디에서 오는가?
키랄성은 특정 분자의 기하학적 특성입니다. 분자는 거울상이 분자 자체에 중첩되지 않을 때 키랄이라고합니다. (유기) 화합물에서 키랄성의 고전적인 소스는 4 개의 다른 치환체를 가진 탄소 원자의 존재입니다. 개념은이 기본 화학 유튜브 비디오에서 훨씬 더 잘 설명됩니다.
생명의 기원 과 함께 카 이랄 성의 기원은 화학뿐만 아니라 과학 전반에서 가장 관련성이 높은 질문 중 하나이므로 직접적으로 대답하는 것은 불가능합니다. 이를 뒷받침하는 주요 이론은 거울 대칭 파괴, 키랄 증폭 및 키랄 전송의 세 단계에 걸쳐 나타날 수있는 동형 키랄성에 기반합니다. 이것은 기본적인 화학 개념을 훨씬 뛰어 넘지 만 여기에서 더 자세히 읽을 수 있습니다 .
- 산과 염기는 무엇입니까?
Arrhenius (1884) 의 원래 정의 에 따라 산은 수소 양이온 또는 양성자 (H + ) 를 방출 할 수있는 화합물입니다 . 예를 들어, 염산 분자 (수성 HCl)는 용액에서 이온화되어 산-염기 평형을 통해 양성자를 물에 제공합니다 .
HCl (수성) + H 2 O (액체) ⇌ H 3 O + (수성) + Cl – (수성)
물의 HCl은 하이드로 늄 양이온과 염화물 음이온을 발생시킵니다. 이것은 고전적인 산-염기 평형입니다.
반면에 수산화 나트륨 (NaOH)과 같은 염기는 물에서 양성자를 잡아 수산화 음이온을 생성 할 수 있습니다.
NaOH (수성) + H 2 O (액체) ⇌ HO – (수성) + Na + (수성)
Arrhenius 산-염기 모델은 매우 예시 적이지만 한계가 있으며 다른 모델은 보다 고급 산-염기 이론 을 설명하는 데 사용됩니다 . 가장 중요한 것은 Brønsted-Lowry 이론 (아 레니 우스 이론의보다 일반적인 버전)과 루이스 이론입니다.
루이스 이론 에 따르면 산은 고독한 전자 쌍을 받아들이는 물질이고 염기는 고독한 전자 쌍을 제공하는 물질입니다. 이것은 물에서 암모니아의 염기도와 같은 Arrhenius 또는 Brønsted-Lowry 이론으로 설명 할 수없는 산-염기 평형을 설명합니다.
: NH 3 (수성) + H 2 O (액체)) ⇌ NH 4 + (수성) + : OH – (수성)
용액 또는 혼합물의 상대적 산도 또는 염기도 는 pH 척도라고 하는 로그 척도를 사용하여 측정됩니다 . 일반적으로 0, 가장 산성 (예 : 염산 용액)에서 pH = 7 (중성 고려), 최대 14, 가장 염기성 (예 : 수산화 나트륨 수용액)까지입니다. 그럼에도 불구하고 존재하는 것보다 더 염기성이고 산성 인 화합물, pH = 0–14는 확실히 닫힌 범위가 아닙니다. 일반적인 용액 또는 pH가 다른 혼합물의 예는 아래 척도에 나와 있습니다.
산-염기 pH 스케일은 가장 기본적인 화학 개념 중 하나입니다.
pH 규모. OpenStaxCollege 웹 사이트에 대한 크레딧
- 화학 양론이란 무엇입니까?
화학 양론 은 매우 기본적인 화학 개념입니다. 반응에 관련된 각 물질 (반응물)의 양과 생성되는 생성물의 양을 측정하거나 결정하는 방법 일뿐입니다.
실험실에서 실제로 반응을 실행하기 전에 화학자는 반응을 진행하는 데 필요한 각 시약의 분자 수를 파악해야합니다. 이를 위해“몰”이라는 단위를 사용합니다. 몰 “물질의 양」의 기본 단위이다. 1 몰은 6.022 · 10 23 분자를 차지합니다 . 반응 시약의 각 그램에는 엄청난 수의 분자가 있기 때문에 엄청난 수가 필요합니다.
반응의 화학 양론은 반응에 포함 된 반응물의 상 대량 (또는 등가물 )을 몰 단위로 측정 한 것입니다.
예를 들어, 수소 가스 (H 2 ) 2 분자 (또는 2 몰)는 산소 가스 (O 2 ) 1 분자 (또는 1 몰) 와 반응하여 2 분자 (또는 2 몰)의 물 (H 2 O)을 생성합니다. ) :
2 H 2 (기체) + 1 O 2 (기체) → 2 H 2 O (액체)
따라서 우리가 실험실에서이 반응을 수행하려면 (비싸고 다루기 어려운 두 개의 가스를 사용하여 물과 같이 값 싸고 찾기 쉬운 제품을 얻기 위해) 반응을 수행하려면 몰당 2 몰의 수소를 함께 혼합해야합니다. 산소. 이것은 산소의 양에 대해 2 당량 (당량)의 수소를 사용하는 것을 의미합니다. 이 경우 가스를 취급하는 동안 각각의 분압을 설정하여 각각의 몰수를 제어 할 수 있습니다.
보다 일반적인 고체 시약의 경우 탄산에서 탄산 나트륨의 가상 합성을 고려할 수 있습니다. 사용 된 탄산 1 몰당 2 당량의 수소화 나트륨 (NaH)이 필요합니다 (탄산 분자보다 NaH 분자의 두 배).
탄산나트륨 합성의 화학 양론
탄산으로부터 탄산나트륨의 합성
이는 1 당량 또는 1 몰의 탄산나트륨을 생성하고 2 당량 (또는 2 몰)의 수소 가스를 부산물로 방출합니다.
- 화학에서 산화 및 환원이란 무엇입니까?
산화 환원 공정은 반응하는 화합물 중 하나가 산화되고 다른 하나가 환원 되는 일종의 화학 반응입니다. 산화 환원 반응은 전자의 이동을 포함합니다. 우리는 화합물 또는 화합물 내의 원자가 전자를 잃으면 산화 되고 다른 성분은 전자를 얻을 때 감소한다고 말합니다 .
산화 환원 공정의 가장 일반적인 예 중 하나는 철의 부식입니다. 철 금속, Fe 0 (산화 상태 = 0)은 공기에서 산소, O 2 (산화 상태 = 0) 와 반응하여 녹을 생성하거나 철 (III) 산화물, Fe 2 O 3 .
4 Fe 0 (고체) + 3 O 2 (가스) → 2 Fe 2 O 3 (고체)
이 새로운 화합물에서 철의 새로운 산화 상태는 +3입니다. 따라서 철은 3 개의 전자를 잃어 산화됩니다.
Fe 0 → Fe 3+ + 3 e –
반면에 산소의 새로운 산화 상태는 -2입니다. 각 산소 원자는 두 개의 전자를 얻었으며 감소했습니다.
O 2 + 4 e – → 2 O 2-
산화 환원 공정의 전형적인 예는 폭발성 화합물이 격렬하게 산화되는 폭발입니다. C4는 일반적인 플라스틱 폭발물로 다이너마이트보다 훨씬 더 에너지가 넘칩니다. C4의 주성분은 사이클로 나이트 또는 IUPAC에 따르면 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane으로도 알려진 RDX (Research Development Explosive)입니다.
RDX의 산화 과정은 열역학적으로 유리하며 발열 반응을 일으켜 많은 양의 에너지가 열과 빛의 형태로 방출되어 폭발을 일으 킵니다.
산화 환원 반응은 가장 기본적인 화학 개념 중 하나입니다.
C4 폭발물에서 RDX의 폭발성 산화
N–NO 2 결합은 매우 불안정하고 산화되기 쉽습니다. 그것이 이러한 종류의 화합물을 매우 폭발적으로 만드는 이유 입니다.
- 방사능이란 무엇입니까?
방사능 붕괴 또는 방사능은 기본적으로 불안정한 핵이 입자 형태의 방사선 방출에 의해 에너지를 잃는 과정입니다. 이 개념은 다음 비디오에서 명확하게 설명됩니다.
이것은 기본적인 화학 개념 이라기보다는 물리학 개념에 가깝지만 화학자에게는 매우 관련이 있습니다.
존재하는 모든 원자가 안정된 것은 아니며, 일부는 “의미되지 않음”이라고 부를 수 있습니다. 우리가 보는 대부분의 물질은 안정적인 중성자 (안정적인 원자, 특히 안정적인 핵)의 조합으로 구성됩니다. 그러나 중성자와 양성자의 다른 조합은 불안정한 핵을 발생시켜 결국 붕괴됩니다. 이것은 간단한 용어로 방사능의 기초입니다.
이러한 불안정한 원자가 분해되는 동안 에너지가 입자 형태로 방출됩니다. 이 에너지 방출은 감지 될 수 있으며 우리가 방사선이라고 부르는 것입니다. 이 과정이 일어나면 새로운 핵이 형성되어 새로운 원자가 생성됩니다. 이 새로운 원자는 불안정 할 수 있으며 더 이상 에너지를 방사능으로 방출하지 않는 안정된 원자가 될 때까지 방사능을 계속 방출합니다.
드디어 16 번째 콘셉트로 업데이트하고 싶다! 이것은 별도의 게시물이 필요하며 여기에 있습니다. 화학 물질이 반응하는 이유에 대한 튜토리얼 리뷰 ! 화학을 배우는 데 진지한 경우 열역학 및 동역학 개념의 기본을 마스터해야합니다.
마지막으로, 여러분 (또는 여러분의 학생 또는 자녀) 모두가 이것에서 무언가를 얻었기를 바랍니다. 위에서 언급했듯이 이것은 많은 기본 화학 개념에 대한 간단한 소개입니다. 명확하지 않은 부분이 있거나 특정 부분을 추가로 개발하거나 업데이트하기를 원하는 경우 알려 주시기 바랍니다.
이 기사를 사용하여 고등학교 화학을 배우거나 가르치는 경우 해당 수준에서 화학을 배우는 데 가장 적합한 책을 검토했습니다. 여기에서 확인할 수 있습니다 .
특히 어린 학생들에게 이러한 이론적 개념을 보완하는 완벽한 도구는 멋진 화학 키트를 얻는 것 입니다.
게다가 여기에 설명 된 대부분의 개념은 모델을 기반으로합니다. 과학에서 모든 모델이 잘못되었다는 아이디어를 명확하게 파악해야하므로이 다른 자료 를 확인하세요 .