(The Central Science) -...

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?

* 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

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

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

Limey Sailor British sailors got the nickname 'limey' after they were issued withlime juice to combat the disease scurvy in 1795.

과학적접근및문제해결의예

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)

• 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!

• 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

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.

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

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.

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.

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.

원소 (Elements)

현재 약 110개가량의 원소들이 존재. 이들의 이름과기호는 주기율표(Periodic Table)에 배열.

지구껍질과 인체의 구성원소 질량비의 예:

화합물 (Compounds)

화합물은 화학반응에 의해서만 그들의구성원소들로 분해될 수 있다.

예:

물의 전기분해

(산화-환원반응)

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.

혼합물 (Mixtures)

• 혼합물중의 순수한 물질은 물리적 방법에의해 분리할 수 있다.

• 바닷물에서 소금의 분리 : 증류(distillation)

물질의 분류

상이 2개이상

용액

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

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%