토막 화학

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• 생활과 화학 손난로의 원리 우리가 자주 쓰는 손난로는 크게 핫팩이라 불리는 일회용 손난로, 액체형 손난로, 그리고 지포 손난로라 불리는 기름 손난로가 있습니다. 우선 일회용 손난로는 철의 산화 열을 사용합니다. 일회용 손난로의 내부에는 고운 철가루와 촉매(약간의 염분과 수분, 활성탄 등의 탄소 가루)가 들어있는데, 포장을 뜯어서 흔들게 되면 철이 공기 중의 철과 반응하며 산화하고, 그 과정에서 열이 방출되어 주위가 따뜻해집니다. 사용이 간편하다는 장점이 있지만, 한번 산화된 철을 다시 환원시키기는 어려워 재사용이 불가능하다는 단점이 있습니다. 액체 손난로는 내부에 대부분 아세트산 나트륨(CH3COONa)과 똑딱이라 부르는 금속조각이 들어있습니다. 아세트산 나트륨은 실온에서는 고체상태이지만, 가열하면 액체상태로 변합니다. 액체상태의..
• 무기화학 요소 요소는 카보닐기의 양쪽에 아미노기가 결합해있는 화합물로 흔히 우레아(urea)라고도 합니다. 화학식은 (NH2)2CO이며 IUPAC명은 다이아미노메탄온입니다. 세계 최초의 유기화합물이며 19세기에 독일의 화학자 프리드리히 뵐러가 암모니아와 시안산을 합성하여 만든 시안산 암모늄을 산소 없이 가열하여 만들어내었습니다. 이 사건 이후 유기화합물의 정의가 바뀌게 됩니다(이 글 참조). 생명체에서는 단백질의 대사과정에서 만들어진 암모니아를 이산화탄소와 물등의 물질과 반응시켜 독성을 약화시켜 배출하는데, 이 과정을 '오르니틴 회로'라 부르며 이 과정에서 만들어지는 것이 요소와 요산(C5H4N4O3)입니다. 반응식은 CO2 + H2O + 2NH3 → (NH2)2CO + 2H2O로 간단하게 나타낼 수 있습니다. 공업적..
• 물리화학 분자 사이에 작용하는 힘-분산력 분자 사이에 작용하는 힘은 분자 내에서 작용하는 힘(분자를 이루고 있는 원자 사이에서 결합에 의해 발생하는 힘)에 비해 크기가 매우 작으며, 비교적 먼 거리에서도 작용하고, 크기가 녹는점, 끓는점과 비례한다는 특징이 있습니다. 분자 사이에 작용하는 힘은 크게 쌍극자가 관여하는 힘과 무극성 분자 간에 작용하는 분산력(반 데르 발스 힘)으로 나눌 수 있습니다. 분산력이 작용하는 원리를 이해하기 위해서는 편극에 대해 알아야 합니다. 편극이란 분자의 전자들이 분자 근처의 전하에 의해 한쪽으로 쏠리는 현상을 말하는데, 무극성 분자에서 편극이 일어나면 순간적으로 무극성 분자가 쌍극자로 바뀌는데, 이렇게 형성된 쌍극자를 순간 쌍극자라 합니다. 그리고 분산력은 한 무극성 분자가 순간 쌍극자가 되고, 이 순간 쌍극자의 ..
• 무기화학 질소가 안정한 이유 과자를 사보면, 과자봉지 안에 기체가 다량 들어있는 것을 볼 수 있습니다. 이 기체는 질소 기체로, 과자가 산소 등 다른 기체와 반응하여 품질이 떨어지는 것을 막기 위해 안정한 기체인 질소를 넣습니다. 그렇다면 질소는 왜 안정한 것일까요? 질소는 주기율표에서 2주기 15족에 위치하는 비금속 원소입니다. 질소의 원자가 전자는 총 5개로, 질소 기체 분자를 만들 때에는 다른 질소 원자와 세 개의 전자를 공유하며(이 글 참조) 결합합니다. 이렇게 형성된 질소 분자는 전자를 3개씩이나 공유하고 있기 때문에 매우 강하게 결합하며 이로 인해 질소 기체가 서로간의 결합을 끊고 다른 결합을 이루는 데에는 매우 큰 에너지가 필요합니다(이는 니트로 글리세린 등의 많은 질소 화합물이 폭발성이 큰 이유이기도 하다. 안정한 결..
• 공학 냉매의 원리 냉매란 열에너지를 이용하는 장치의 내부를 순환하면서 증발과 액화의 상변화를 거치며 온도를 낮추는 역할을 하는 물질을 말합니다. 대표적인 냉매로는 프레온가스(다이클로로이플루오로메탄), 암모니아 등이 있습니다. 냉매는 기계의 압축기, 응축기, 증발기를 계속 순환하며 온도를 낮춥니다. 압축기는 기화된 냉매를 압축해 액화시켜 냉매가 사이클에서 계속해서 순환할 수 있도록 하는 펌프와 같은 역할을 하고, 응축기는 액화 과정에서 방출되는 액화열을 외부로 내보내는 역할을 합니다. 그리고 증발기는 액화된 냉매가 기화하는 곳으로, 기화열을 흡수해 주위가 시원해지는 곳입니다. 냉매는 다음과 같은 과정을 거치며 순환합니다. 상온에서 기체상태인 냉매를 압축기로 액화를 시키고 액화되면서 방출한 액화열을 응축기로 냉매를 이동시켜 ..