나쁜 엄마

플랑크가 양자론을 발표한 지 5년이 지난 1905년에 독일 출신 미국 물리학자인 아인슈 타인(Albert Einstein)은 양자론을 사용하여 또 다른 물리학의 수수께끼였던 광전 효과 (photoelectric effect)를 설명하였다. 광전 효과는 문턱 진동수(threshold frequency, 그림 7.4)라고 부르는 적당한 최소 진동수 이상을 가진 빛을 특정한 금속 표면에 쪼이면, 전자가 방출되는 현상이다. 방출되는 전자의 수는 빛의 강도(또는 밝기)에 비례하였으나, 방출되는 전자의 에너지는 비례하지 않았다. 문턱 진동수 이하에서는 빛의 세기가 아무리 세더라도 전자는 방출되지 않았다. 광전 효과는 빛의 파동 이론으로 설명될 수 없다. 그러나 아인슈타인은 특이한 가정을 하였다. 그는 빛살을 입자의..

카테고리 없음 2021. 12. 20. 21:41

고체가 가열되면 넓은 파장 영역에서 복사선을 방출한다. 전열기의 흐린 붉은 빛과 텅스텐 전구의 밝은 백색광은 다른 온도로 가열된 고체에서 방출되는 복사선의 예이다. 19세기 후반에 측정된 결과에 따르면, 어떤 온도에서 물질로부터 방출하는 복사 에너지의 양은 복사선의 파장에 의존한다는 것이었다. 이미 정립되어 있던 파동 이론과 열역학 법칙을 이용하여 이와 같은 의존성을 설명하고자 하는 시도는 완전하게 성공할 수 없었다. 어떤 이론은 짧은 파장의 의존성은 설명하였으나, 긴 파장에 대해서는 설명할 수 없었다. 다른 이론은 긴 파장에 대해서는 설명하였으나 짧은 파장에 대해서는 설명에 실패하였다. 이러한 사실로부터, 고전 물리학 법칙에는 어떤 근본적인 것이 모자란 것처럼 보이게 되었다. 플랑크는 기존의 개념과 완..

카테고리 없음 2021. 12. 19. 17:37

거의 모든 화학 반응은 일반적으로 열의 형태로 에너지를 흡수 또는 생성(방출)한다. 열 에너지와 열의 차이를 이해하는 것이 중요하다. 열(heat)은 온도가 서로 다른 두 물체 사이의 열 에너지의 이동이다. 이것을 더운 물체로부터 찬물로의 “열 흐름(heat flow)”이라고 말한다. “열” 자체가 에너지의 이동을 의미하지만, 관례상 이러한 과정이 일어나는 동안의 에너지 변화를 설명할 때, “열의 흡수 또는 “열의 방출”이라고 한다. 이와 같이 화학 반응에서 열의 변화에 대한 연구를 열화학(thermochemistry)이라고 한다. 화학 변화와 관련된 에너지 변화를 검토하기 위하여 먼저 계(system)를 정의해야 한다. 계는 우리가 관심을 갖는 우주의 특정한 부분이다. 화학자들은 대개 물리 · 화학적 ..

카테고리 없음 2021. 12. 18. 23:31

열화학(thermochemistry)은 넓은 의미로 열과 다른 종류의 에너지와의 상호변환 관계로 학적으로 연구하는 열역학(thermodynamics)의 일부라 할 수 있다. 역역학 법칙들은 물질의 변화과정에 대한 에너지 이론과 변화 방향을 알려준다. 이 절에서는 열화학 연구와 특별히 관계가 많은 열역학 제1법칙에 대하여 집중적으로 설명할 것이다. 이후로도 열역학에 대하여 계속 논의할 것이다. 열역학에서는 계의 상태 변화를 연구하는데, 계의 상태(state of a system)는 물질의 조성, 에너지, 온도, 압력, 부피와 같이 관련된 모든 거시적 성질의 값으로 정의된다. 에너지, 압력, 부피, 온도를 상태 함수(state function)라고 하는데, 이것은 주어진 조건까지 도달한 과정에는 상관없이 계..

카테고리 없음 2021. 12. 18. 16:39

이탈리아의 과학자 아보가드로(Amedeo Avogadro)의 업적은 보일, 샤를, 게이 뤼삭의 연구를 보완한 것이다. 1811년에 그는 같은 온도와 같은 압력에서 같은 부피를 갖는 기체들은 (기체의 종류에 상관없이) 같은 분자수(단원자 기체이면 원자수)를 갖는다는 가설을 발표하였다. 그의 가설에 따르면 기체의 부피는 존재하는 분자의 몰수에 비례한다. 즉, 다음과 같이 수학적인 표현으로 나타낼 수 있다. 여기서 n은 분자의 몰수를 나타내며 k 는 비례 상수이다. 식 (5.7)은 일정 압력과 일정 온도에서 기체의 부피는 존재하는 기체의 몰수에 정비례한다는 아보가드로 법칙(Avogadro's law) 에 대한 수학적 표현이다. 그림 5.5에 나타낸 것과 같이 k4 = RTIP이다. 아보가드로 법칙에 의하면 두..

카테고리 없음 2021. 12. 18. 07:23

이 장에서 공부할 기체 법칙들은 기체의 물리적 성질에 관하여 수 세기 동안 진행되어 온 무수한 실험 결과의 산물이다. 기체 물질의 거시적 거동에 관한 일반화된 각각의 법칙들은 모두 과학사에 있어서 중요한 이정표가 되어 왔고, 화학에 있어서 많은 개념들을 발전시키는 데 중요한 역할을 해왔다. 압력 - 부피 관계 보일 법칙 17세기에 영국의 화학자 보일(Robert Boyle)은 기체의 거동에 대하여 체계적이고 정량적인 연구를 수행하였다. 일련의 연구를 통하여 보일은 기체 시료의 압력-부피 관계를 조사하였다. 이 실험에서 보일이 사용한 장치는 매우 간단하다(그림 5.4). 그림 5.4(a)에서 관에 가한 수은에 의해 기체에 작용하는 압력은 대기압과 같다. 그림 5.4(b)에서 관에 수은을 첨가하여 압력을 가..

카테고리 없음 2021. 12. 17. 21:18

열역학 제1법칙(The first law of thermodynamics)은 에너지 보존 법칙에 기초하며, 에너지는 한 형태에서 다른 형태의 에너지로 전환될 수 있지만, 만들어지거나 파괴될 수 없다는 것을 말한다. 이것을 어떤 방법으로 알았을까? 만약 우주의 전체 에너지량을 결정해야만 알 수 있다면, 열역학 제1법칙을 증명한다는 것은 불가능할 것이다. 철 1g에 포함된 전체 에너지를 조성하는 것조차도 매우 어려운 일이다. 다행히도 한 과정의 초기 상태와 최종 상태에서 계의 내부 에너지 변화만을 측정하여 열역학 제1법칙의 타당성을 시험할 수 있다. 내부 에너지 변화 △U는 다음과 같이 주어진다. 여기서 Ui와 Uf는 각각 초기 상태와 최종 상태의 계의 내부 에너지이다. 계의 내부 에너지는 두 가지 구성 요..

카테고리 없음 2021. 12. 17. 15:46

산-염기 중화 반응의 정량적인 실험은 적정(titration)이라는 과정을 통해 매우 쉽게 수행된다. 적정은 농도를 정확하게 알고 있는 용액인 표준 용액(standard solution)을 미지 용액에 두 용액간의 반응이 완전히 이루어질 때까지 서서히 첨가하여 미지 용액의 농도를 구하는 실험이다. 만일 적정에 사용한 미지 용액과 표준 용액의 부피를 알면, 표준 용액의 농도를 이용하여 미지 용액의 농도를 계산할 수 있다. 수산화 소듐(NaOH)은 실험실에서 일반적으로 사용하는 염기 중 하나이다. 그러나 순수한 NaOH 고체를 얻기 어렵기 때문에, 수산화 소듐 용액은 실험에 사용하기 전에 표준화 (standardized)하여야 한다. 수산화 소듐 용액은 정확한 농도를 알고 있는 산 용액으로 적정하여 표준화할..

카테고리 없음 2021. 12. 17. 09:34