화학②1-1. 화학식, 분자식, 구조식, 원자량, 분자량, 몰(mole)

▎화학②1-1. 화학식, 분자식, 구조식, 원자량, 분자량, 몰(mole)

 

 

◈ 화학식

 

1. 화학식 
물질을 구성하는 성분 원소의 종류와 원자수를 원소 기호를 이용하여 나타낸 식

 

2. 화학식의 종류
① 실험식
ⓐ 물질을 구성하는 성분 원소의 종류와 원자수를 원소 기호와 숫자를 이용하여 가장 간단한 정수비로 나타낸다.
ⓑ 이온 결합 물질은 분자로 존재하지 않으므로 양이온과 음이온의 구성비로 실험식을 나타낸다.
[예] 염화나트륨(NaCl), 염화마그네슘(MgCl₂) 등

② 분자식
분자를 구성하는 원소의 종류를 원소 기호로 나타내고, 분자를 이루는 실제 원자의 수를 원소 기호의 오른쪽 밑에 작은 숫자로 나타낸다.
[예] 물(H₂O), 과산화수소(H₂O₂), 이산화탄소(CO₂)등

③ 시성식
물질의 성질을 나타내는 특정한 부분(작용기)을 별도로 나타낸다.
[예] 에탄올(C₂H₅OH), 포름알데히드(HCHO)등

④ 구조식
분자를 구성하는 원자들의 결합 상태를 결합선으로 나타낸다.

아세트산의 화학식

다음표는 아세트산을 여러 가지 화학식으로 나타낸 것이다.
① 아세트산은 탄소, 수소, 산소로 이루어져 있으며, 각 원자수의 비는 1:2:1이다. 따라서 아세트산의 실험식은 CH₂O이다.
② 아세트산 한 분자는 탄소 원자 2개, 수소 원자 4개, 산소 원자 2개로 이루어져 있다.  따라서 아세트산의 분자식은 C₂H₄O₂이다.
③ 아세트산이 산성을 나타내는 것은 분자 중에 -COOH(카르복시기)를 가지고 있기 때문이다.  따라서 아세트산의 시성식은 CH₃COOH이다.
④ 아세트산을 이루는 각 원자들의 결합 상태를 나타내는 구조식은 왼쪽 표와 같다.
결론 : 화학식을 통하여 화합물을 구성하는 성분 원소의 종류와 원자수 및 결합 상태 등을 알 수 있다.

 

 

◈ 화학식량

 

1. 원자량
① 실제 원자1개의 질량은 너무 작아서 사용하기 불편하므로 질량수가 12인 탄소원자 1개의 질량을 12로 정하고, 이것과 비교하여 다른 원자의 상대적 질량을 정하여 사용하는데, 이 상대적 질량을 원자량이라고 한다.

② 평균 원자량 자연계에 존재하는 동위 원소의 존재 비율을 고려한 평균 원자량을 사용한다.

 

2. 화학식량
① 화학식량
화학식을 구성하는 모든 원자들의 원자량의 합을 화학식량이라고 한다. 화학식의 종류에 따라 실험식량, 분자량 등이 있다.

② 분자량
분자를 구성하는 모든 원자들의 워자량의 합을 분자량이라고 하며, 상대적 질량이므로 단위가 없다.
[예] H₂O의 분자량 = (H의 원자량×2) + (O의 원자량)=(1×2)+(16)=(18)

C, H, O로 이루어진 물질의 실험식의 결정

탄소, 수소, 산소로 이루어진 화합물 45mg을 다음 그림과 같은 장치에서 완전 연소시켰더니 염화칼슘관의 질량은 27mg, 소다석회관의 질량은 66mg증가하였다.
① 염화칼슘관의 질량 변화는 생성된 물의 질량이며, 소다석회관의 질량변화는 생성된 이산화탄소의 질량이다.
② 시료에 포함된 H와 C의 질량은 물에 포함된 H의 질량과 이산화탄소에 포함된 C의 질량과 같다.

H의 질량 = H₂O의 질량 × 2/18 =27 ×2/28 = 3(mg)
C의 질량=CO₂의 질량 × 12/44 = 66 × 12/44 = 18(mg)

③ O의 질량 = 시료의 질량 -(H의 질량 + C의 질량)이므로 24mg이다.
④ 각 성분의 질량을 원자량으로 나누어 원자수의 비를 구한다.
C : H : O = 18/12 : 3/1 : 24/16 : 1 : 2 : 1

결론 : 이 화합물의 실험식은 CH₂O이다.

 

 

◈ 몰

 

1. 몰(mole)

물질의 양을 표현할 때 사용하는 단위로, 몰을 사용하면 입자의 수, 질량, 기체의 부피 사이의 관계를 알 수 있다.
① 1몰

원자, 분자, 이온과 같은 입자 개를 1몰이라고 하며, 입자 1몰의 수인을 아보가드로수(N)라고 한다.

② 1몰의 질량
화학식량에 g을 붙인 값으로, 원자, 분자, 이온 개의 질량이다.

③ 기체 1몰의 부피
0℃, 1기압에서 기체의 종류에 관계없이 22.4L이다.

④ 관계

기체의 몰수와 질량, 분자수, 부피 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.
몰수 = 질량 / 분자량 = 분자수 /    = 부피 / 22.4L(기체, 0℃, 1기압)

 

2. 기체의 분자량 측정
① 기체1몰의 질량 이용
0℃, 1기압에서 1몰의 기체는 22.4L의 부피를 차지하므로 0℃, 1기압에서 부피와 질량을 측정한 후 22.4L의 질량을 구한다.

② 기체의 밀도 이용
0℃, 1기압에서 밀도가 d인 기체의 분자량은 다음과 같다. 기체의 밀도(d) = 질량 / 부피 = 분자량 / 22.4L
③ 아보가드로의 법
같은 온도와 압력에서 모든 기체는 같은 부피 속에 같은 수의분자를 포함하므로 질량의 비( : )

와 분자량의 비( : ) 가 같다.  ( :  =  :  )

 

 

 

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