Transcript 3) 화학적 성질

Chapter 2: 과학적 측정
(Scientific Measurements)
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2.1 물리적 성질과 화학적 성질
1) 물리적 성질
물질의 화학적 조성을 변화시키지 않고도 그 성질을 측정하고
관찰할 수 있다.
예) 색, 전기 전도도, 녹는점, 끓는점, 밀도, 등
2) 물질의 상태
고체(Solids):
 고정된 모양 & 부피
 입자들이 빽빽히 채워짐
 입자들의 움직임이 제한
액체(Liquids):
 고정된 부피, 그러나 유동적인 모양
 입자들이 가까이 인접
 입자 사이로 흐를 수 있음
기체(Gases):
 용기 전체에 확산 됨
 수많은 공간에 분리된 입자
Ex. 얼음, 물, 수증기
3) 화학적 성질:
화학적 변화를 일으켜야 그 성질을 관찰할 수 있다.
예) 녹슨 철, 변색된 마그네슘 등
※ 학습 체크: 화학적 혹은 물리적 변화?
화학적
물리적
구리가 전류를 전도한다.
포도주가 식초로 변한다.
얼음이 녹는다.
마그네슘은 염산과 심하게 반응한다.
4) 크기성질 과 세기성질
크기성질: 측정값이 물질의 양에 의해 좌우 된다, 즉 가․감이 가능.
(예: 질량, 길이, 부피 등)
세기성질: 측정값은 고려된 물질의 양에 무관하다.
(예: 색, 온도, 밀도, 녹는점, 끓는점, 등)
2.2 물리적 성질과 화학적 성질의 측정
거시계 성질 - 직접적으로 측정 가능,
미시계 성질 - 간접적 방법으로 측정 가능
1) 관찰 (Observations) - 두 종류로 분리됨
1.
정량적(Quantitative) 관찰
 수학적 정보
 기구에 의한 측정
예) 녹는점, 끓는점, 부피, 질량
2.
정성적(Qualitative) 관찰
 수학적 정보를 포함하지 않음
예) 색, 급하게 끓음, 하얀색 고체 등
2) 측정은 단위를 포함한다!!
측정은 비교를 포함

측정 = 숫자 + 단위
측정값은 불확실성을 포함

측정은 예측을 포함

관찰자 & 측정 장치 모두 고유한 물리적 한계를 가짐
3) 국제 단위계 (International System of Unit: SI 단위)
4) 비 SI 단위
측정
이름
기호
값
길이
옹스트롬(angstrom)
Å
10-10 m
질량
원자 질량 단위(amu)
톤(metric ton)
u
t
1.66×10-27 kg
103 kg
시간
분(minute)
시(hour)
min
h
60 s
3600 s
부피
리터(liter)
L
1000 cm3
5) 십진 지수(Decimal Multipliers)
6) 실험실에서의 측정
◆ 길이
SI 단위 : 미터 (m)
센티미터 (cm) :
1 cm = 0.01 m
밀리미터 (mm):
1 mm = 0.001 m
◆ 부피(Volume),
1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1000 cc
◆ 질량(mass)과 무게(weight)의 차이?
단위: 질량(kg), 무게(N)
◆ 에너지, 힘 단위는?
에너지(E)의 단위: J (= kg․m2/s2)
힘(F)의 단위:
N (= kg․m/s2)
◆
온도 척도
1) 섭씨(C) : TC = (F-32) × 5/9
: 단위 (℃)
예) 104 ℉ = (104-32) × 5/9 = 40 ℃
2) 화씨(F) : TF = 9/5 × C + 32
: 단위 (℉)
예) 50 ℃ = 9/5 × 50 + 32 = 122 ℉
3) 절대온도(K): TK(켈빈) = C + 273.15 : 단위 (K)
예) 25 ℃ = 25 + 273.15 K = 298.15 K
예제 2.2 온도 변환 문제 (a) 25 ℃를 화씨로 그리고 (b) 절대온도로 변환하시오.
풀이)
(a) 25 ℃ = 9/5 × 25 + 32 = 77 ℉
(b) 25 ℃ = 25 + 273.15 = 298.15 K
2.3 측정의 불확실성
1) 측정에서의 불확실성

두 개의 섭씨온도계 상황을 보자

왼쪽 - 1 °C 단위로 눈금

T 는 24 °C & 25 °C 사이

표시된 곳의 3/10 지점에 있는 것으로 추정

불확실도(uncertainty) = 0.1 °C로 추정
T = 24.3  0.1 °C


오른쪽 - 0.1 °C 단위로 눈금

T 는 24.3 °C & 24.4 °C 사이

불확실도= 0.01 °C로 추정
T = 24.32  0.01 °C

2) 유효숫자 (Significant Figures)

오른쪽 끝에 있는 하나의 숫자만이 불확실하게 측정값을
나타낼 때, 그 측정값의 숫자
◆ 유효 숫자 =
◆
3 개 (24.5℃) 와 4개 (24.32 ℃)
과학적 표기법
예) 0.00000772 = 7.72 × 10-6
772000 = 7.72 × 105 or 7.7 × 105
※유효숫자의 규칙
1) 모든 0이 아닌 숫자는 유효
예) 3.456 → 4개의 유효숫자
2) 0이 0이 아닌 숫자 사이에 있는 경우 유효
예) 20,089
or
2.0089 × 104 → 5개의 유효숫자
3) 숫자에 소수점이 있다면, 마지막 0까지 항상 유효
예) 500.
or
5.00 × 102
→ 3개의 유효숫자
4) 숫자에 소수점이 없는 경우 마지막 0은 유효하지 않음
예) 104,956,000
or
1.04956 × 108 → 6개의 유효숫자
5) 소수점 오른쪽 끝에 있는 0은 항상 유효
예) 3.00 → 3개의 유효숫자
6) 첫 번째 0이 아닌 숫자의 왼쪽에 연결된 0은 절대 유효하지 않음
예) 0.00012
or
1.2 × 10–4 → 2개의 유효숫자
예제 다음 측정값들에 대하여 유효 숫자의 개수를 결정하시오.
(a) 394 cm
(b) 5.03 g
(e) 2.720 x 1022 개의 원자
풀이)
(a) 3개
(e) 4개
(f) 4개
3) 정확도와 정밀도
(b) 3개
(c) 0.714 m
(d) 0.052 kg
(f) 3000. mL
(c) 3개
(d) 2개
4) 계산에서 유효숫자 취급하기
곱셈과 나눗셈

답의 유효 숫자 개수는 가장 정밀하지 못한 수보다 커서는 안됨
예) 10.54 × 31.4 × 16.987 = 5.62×103
계산결과: 5621.95
4 유효숫자 × 3 유효숫자 × 5 유효숫자 = 3 유효숫자
예) 5.896 ÷ 0.008
= 7×102
4 유효숫자 ÷ 1 유효숫자 = 1 유효숫자
계산결과: 737
덧셈과 뺄셈 (Addition and Subtraction)
 유효 숫자는 소수점 이하의 자릿수가 최소인 숫자와 같은 자릿
수를 가져야 함
예)
12.9753
319.5
+ 4.398
336.9
예)
397
– 273.15
124
4
1
3
1
소수점자리
소수점자리
소수점자리
소수점자리
0 소수점자리
2 소수점자리
0 소수점자리
2.4 차원 분석 - 단위 환산
인자 표기법 (Factor-Label Method)
 모든 계산에서 사용되지 않고, 특별한 식에서 사용됨
 분석의 문제점에 사용되는 단위(차원(dimensions) )
변환 인자 (Conversion Factor )
 적당한 관계식이나 등식으로부터 얻어지는 분수로, 한 측정 단위
를 다른 단위로 변환시킬 때 사용
 차원 분석을 통해 단위가 잘못되었기 때문에 잘못된 답을 얻게 되
었다는 것을 알게 된다.

주어진 양
×
변환 인자
=
원하는 양
예제 2.3 3.25 m 를 밀리미터(mm)로 변환하시오.
풀이)
1  103 mm
3.25 m 
1m
= 3.25 x 103 mm
※등가성을 이용하여 변환
예제 2.6 타이타늄(Ti)은 브로민(br)과 두 가지 다른 화합물을 형성한다. 화합
물 A에서는 Ti 4.787 g이 Br 15.98 g과 결합한다. 화합물 B에서는 Ti 6.000 g이
Br 40.06 g과 결합한다. 이 자료가 배수 비례 법칙을 지지하는지 결정하시오.



알고 있는 것:
 화합물 A 중에서 :
4.787 g Ti ⇔ 15.98 g Br
 화합물 B 중에서 :
6.000 g Ti ⇔ 40.06 g Br
반드시 알아야 될 것:
 6.000 g Ti ⇔ ? g Br (화합물 A)
풀이 :
6.000 g Ti 
∴ Br의 비:
15.98 g Br
4.787 g Ti
= 20.03 g Br
40.06 g Br 2

20.03 g Br 1
2.5 밀도와 비중
밀 도 (Density)
 물질의 부피에 대한 질량의 비율로 정의되는 밀도(density)는
다음과 같은 방법으로 얻어진다.
질량(m)
밀도(d ) 
부피(V )
 세기 성질
 가열로 인해 물체가 가장 팽창했을 때, 밀도는 감소한다.
 단위 : 기체에 대해 g/L, 고체와 액체에 대해 g/mL이다.
예제 2.7 8.20 cm3의 시약병에 혈액 시료가 가득 채워져 있다.
빈 시약병의 질량은 10.30 g이다. 혈액으로 채운 후 시약병의 질
량이 18.91 g이다. 혈액 시료의 밀도는 g/cm3 단위로 얼마인가?
풀이) 혈액의 질량 = 18.91 g – 10.30 g = 8.61 g
m
8.61 g
3
=
1.05
g/cm
d 
V 8.20 cm3
예제 2.8 바닷물의 밀도는 대략 1.03 g/mL이다. (a) 바닷물 225
mL의 질량은 얼마인가? (b) 바닷물 45.0 g은 몇 mL인가?
풀이) (a)
(b)
m  d  V  1.03 g / mL  225mL  232 g
m
45.0 g
V 
 43.7mL
d 1.03 g/mL
비 중 (specific gravity)
물질의 밀도
비중 
물의 밀도


단위가 없음
비중의 단위가 정리 되어있지 않는 이유는 많은 분야에서
사용되어 혼란을 겪기 때문
신뢰할 수 있는 측정의 중요성
예) 혹시 반지를 갖고 있습니까? 그것이 24K 금으로 만들어 있습니까?
 금의 밀도
 금의 밀도(24 K) = 19.3 g/mL, 밀도(18 K) = 16.9 g/mL
 부피 측정 용기를 사용
 반지의 부피 = 1.0 mL
 가정용 저울을 사용
 반지의 질량 = 18 1 g
결국 반지의 질량은 17 - 19 g 사이에 값이 존재

즉, 밀도의 범위는 17 ~ 19 g/mL
24 k 금 이거나 18K 금일 가능성도 있음



보다 정확한 실험실 저울을 사용
 반지의 질량 = 18.153  0.001 g
보다 정확한 부피 측정용 유리 사용
 반지의 부피 = 1.03 mL
 반지의 밀도 = 18.153 g/1.03mL = 17.6 g/mL
24K 금의 밀도와 반지의 밀도를 계산
 19.3 g/mL – 17.6 g/mL = 1.7 g/mL
 밀도에서 값이 크면 실험적 오류
 ~  0.1 g/mL
 결론: 반지는 24 K 금이 아니다!