모래시계에 구리선을 감아 물에 간신히 뜨도록 만들었다. 그리고 잘 보이도록 모래시계 위쪽과 아래쪽에 고무줄을 감아 표시를 했다. 찌통안에 넣어 놓고 보면 모래시계가 물 위쪽에 떠 있는 것을 볼 수 있다. (물론 모래시계 안에 모래는 아래쪽에 내려와 있다.) 찌통을 통채로 뒤집어 놓으면 모래시계가 아래쪽으로 이동하게 된다. 그럼 모래시계가 떠 올라야 하지 않을까? 그런데 모래시계는 물위로 떠오르지 않는다. (이때 모래시계 안에 모래는 위쪽에 존재하게 된다.)
시간이 지나면 모래시계 안에 있던 모래가 아래쪽으로 조금씩 이동하게 되고, 어느정도 모래시계 안에 모래가 아래쪽으로 이동하게 되면 모래시계가 떠 오른다? 모래시계는 유리관으로 밀폐되어 있는데 모래가 위쪽에 있을때와 아래쪽에 있을때 질량이 변하는 것일까? 그럼 질량보존법칙이 성립하지 않는 것일까? 모래시계가 들어있는 찌통을 뒤집어 봐도, 전체질량은 변하지 않는다. 어떻게 된 것일까? 한번 고민해 보자. 학생들과 함께 토의해 보면 좋을 것 같다. ps <수업팁> 2017.5.11 오늘 수업시간에 학생들에게 보여주고 왜 그런지 생각해 보게 하니가 예상외로 닫힌계에서 모래가 위에 있을때랑 아래 있을때 질량이 변할거라고 생각하는 학생들이 많이 나온다. 서로 상반된 생각을 하는 학생들끼리 토론을 시켰더니 다양한 의견이 많이 나온다. 모래가 위에 있을때 아래쪽 공기가 눌리기 때문에 공기가 압축되어 더 무거워 질거란다. 나도 생각해 본적이 없는 기발한 생각들이다. 그럼 우리가 지금까지 배운 질량보존의 법칙에 위배되지 않느냐고 물었더니 혼란스러워 한다. 이런 과정을 거치면서 학생들은 닫힌계에서는 질량이 보존된다는 것에 대해 더 잘 이해하게 될 것이다. 마지막으로 어느 초능력자가 내가 들고 있는 뚜껑이 닫힌 상자의 무게를 초능력으로 무겁게 할 수 있을까? 라고 질문하니 이제 모든 학생이 '아니오' 라고 답한다. 어떤 경우에도 닫힌계에서는 질량이 보존된다. 왜냐하면 닫힌계에 들어있는 원자의 종류나 개수가 변하지 않기 때문이다. 잠깐이지만 진지한 논의를 볼 수 있었다.  질량 보존 법칙(質量保存法則, law of conservation of mass)은, 닫힌 계의 질량이 화학 반응에 의한 상태 변화에 상관없이 변하지 않고 계속 같은 값을 유지한다는 법칙이다. 물질은 갑자기 생기거나, 없어지지 않고 그 형태만 변하여 존재한다는 뜻을 담고 있다. 다시 말해, 닫힌계에서의 화학 반응에서, (반응물의 질량) = (결과물의 질량) 이란 수식을 만족한다. 질량 보존 법칙은 비상대론적인 법칙이며, 상대성이론을 고려할 경우 상황은 조금 복잡해진다. 상대론을 고려할 경우에도 에너지 보존의 법칙은 성립한다. 이 법칙은 근대 화학의 아버지 앙투안 라부아지에가 최초로 정식화하였다. 그러나 이전에도 미하일 로모노소프 (Mikhail Lomonosov) 등이 언급한 바가 있다. 하지만 아인슈타인의 특수상대성이론에 의하면 질량이 에너지로도 변환될 수 있다. 질량/물질 보존의 예외[편집]1. 물질은 완벽하게 보존되지 않는다. 물질 보존의 법칙은 특수 상대성 이론이나 양자역학을 고려하지 않은 고전적 이론에서만 참인 근사적인 물리 법칙으로 생각될 수 있다. 그것은 특정 높은 에너지 활용을 제외하고는 거의 참이다. 보존의 개념에 특정한 어려움은, ‘물질’이 과학적으로 잘 정의된 단어가 아니라는 점이다. 그리고 물질들이 ‘물질’이라고 생각될 때, (예를 들어 전자나 양전자) 등은 광자를 생성하기 위해 없어진다. (광자는 종종 물질로 생각되지 않는다) 그러면 물질의 보존은 고립계에서도 참이 되지 않는다. 그러나, 물질 보존은 방사능과 핵반응이 포함되지 않는 화학 반응에서 안전하게 추정될 수 있다. 물질이 보존되지 않더라도, 계 안에서의 질량과 에너지의 총 합은 보존된다. 2. 열린계와 열역학적으로 닫힌 계 또한 질량은 열린계에서 일반적으로 보존되지 않는다. 계 내부나 외부로 다양한 형태의 에너지들이 투입될 수 있거나 나갈 수 있는 경우가 그런 예다. 그러나, 다시 말하지만 방사능과 핵반응이 포함되지 않는다면, 계에서 도망가는 열, 일, 전자기적 방사선은 계의 질량의 감소로 측정하기에는 사실 너무 작다. 고립계에서의 질량 보존 법칙 (질량과 에너지가 전부 닫힌계) 은 어떤 관성계에서 봐도 계속 현대 물리학에서 참으로 여겨진다. 이것의 이유는, 상대성 방정식이 심지어 ‘질량이 없는’ 입자들, 예를 들어 광자들이 고립계에 질량과 에너지를 더한다고 보이기 때문이다. 질량 (물질이 아니지만)이 에너지가 도망가지 않는 계의 과정에서 엄격하게 보존되도록 허락한다. 상대성 이론에서는, 다른 관찰자들이 주어진 계에서의 보존된 특정 값에 동의하지 않을 수 있다. 그러나 각각의 관찰자들은 이 값이 시간에 따라 변하지 않는다는 것에 동의할 것이다. (계가 모든 것에 대해 고립되어 있다면) 3. 일반 상대성 이론 일반 상대성 이론에서는, 팽창하는 부피의 우주에서 광자의 변치 않는 총 질량은 적색 이동 때문에 감소할 것이라고 한다. 그래서 질량과 에너지의 보존은 이론에서 에너지로 만들어진 다양한 수정들에 의존한다. 그러한 계들의 변하는 중력 퍼텐셜 에너지 때문이다. 같이 보기[편집]
외부 링크[편집]화학을 공부하고 있는 사람이라면 누구나 '질량 보존의 법칙'에 대해 들어 보았을 것이다. 질량 보존의 법칙이란 '반응 전과 반응 후의 총 질량은 변하지 않는다'라는 것으로, 프랑스의 화학자 라부아지에가 실험적으로 발견한 것이다. 하지만, 엄밀하게 따져 보면 질량 보존의 법칙이 성립하지 않는다는 사실 역시 널리 알려진 사실이다. 여기서는 질량 보존의 법칙을 깨뜨린 법칙에 대해 간략히 알아보고, 실제로 그 예를 설명하고자 한다. 20세기의 위대한 물리학자 아인슈타인(A.Einstein)은 너무나 잘 알려진 다음과 같은 공식을 유도해 냈다. 이 공식의 이름은 '질량-에너지 등가 원리'로, 질량과 에너지는 궁극적으로 같다는 것이다. 아래에 제시한 몇가지 예를 통해 실제 질량변화폭을 계산하기로 한다. 이 반응에서는 890.4kJ = 890,400 J의 열량이 발생한다. 이 경우, 반응시 감소한 질량이 에너지로 방출된다. 따라서, 메탄까스 1몰과 산소기체 2몰이 반응하면 9.91 × 10-12 kg 만큼 질량이 감소한다는 것을 알 수 있다. 다시 말해서, (생성물의 질량) = (반응물의 질량) - 9.91 × 10-12 kg 이라는 것이다. 이렇게 감소한 질량이 에너지로 변하여 외부로 방출이 되는 것이다. 이 반응도 발열반응이므로 [1]의 경우와 마찬가지로 질량이 감소한다. 이 반응은 반응시 감소한 질량 1.02 × 10-12 kg 이 92.0kJ에 해당하는 에너지로 바뀐 것이다. 이 반응은 흡열반응이다. 다시 말해서, 반응시 외부로부터 흡수한 에너지가 질량으로 변하여, 반응 후 전체 질량이 반응 전보다 커지는 것이다. 따라서, 물을 전기 분해할 경우 6.36 × 10-12 kg에 해당하는 질량이 증가함을 알 수 있다. 위와 같은 질량 감소폭은 아무리 정밀한 기구를 사용해 측정해도 감지해 낼 수 없을 만큼 작은 질량이다. 따라서, 화학실험이나 측정 또는 계산시 질량 보존의 법칙을 적용해도 아무런 문제가 없다. 하지만, 핵반응(핵분열이나 핵융합)의 경우 눈에 띄는 질량 감소폭을 나타내기 때문에(핵융합의 경우 질량 감소폭은 0.7%), 엄청난 에너지가 발생하게 된다. 태양이 탄생한 지 46억년이 지난 지금까지도 활발하게 타고 있는 것은 엄청난 핵융합에너지 위력 때문이다. 만약 태양이 석탄으로 이루어져 있는 천체였다면, 그 수명은 2천년 정도밖에 되지 않았을 것이다. 출처 : [직접 서술] 자작(단, 화학식은 화학II 참고) ------------------------------- 질량 보존의 법칙을 발견한 라부아지에 플로지스톤 이론의 탄생 1. 플로지스톤의 질량이 음수가 되는 이유는 무엇일까? 금속이 녹슬면 무거워집니다. 그런데 플로지스톤 이론에 의하면 금속이 녹스는 것은 플로지스톤이 빠져나가는 것이지요? 처음 금속의 질량을 A라고 하고, 플로지스톤의 질량을 B라고 하고, 녹이 슨 금속의 질량을 C라고 하면, A - B = C가 되지요. 이 식에서 이항하면 B = A - C가 되는데, A가 C보다 작으니까 B는 음수가 되지요. 예를 들어 좀 더 이해하기 쉽게 설명해 볼게요. 녹슬기 전 금속의 질량을 10g이라고 하고, 녹슨 후 금속의 질량을 11g이라고 하고, 플로지스톤의 질량을 □g이라고 하면 10 - □ = 11이 되지요. 그러면 □ = -1이 되지요. 2. 질량이 음이 될 수 있을까? 물론 그런 일은 없습니다. 플로지스톤 이론은 틀린 이론임을 명심하세요. 3. 올바른 이론으로 설명하면 철은 어떤 과정을 거쳐 녹슬까? 올바른 이론은 라부아지에의 질량 보존의 법칙이지요. 물론 플로지스톤 따위는 없고요. 금속은 공기 중에 있는 산소와 화합하여 녹슨 금속이 되지요. 예를 들어 철이 녹슬면 철과 산소의 화합물인 산화철이 만들어지므로 산소의 질량만큼 무거워지는 거지요. 플로지스톤 이론에 의하면 연소 반응과 금속이 녹스는 반응은 플로지스톤이 빠져나가는 것이죠. 이때 연소 후 남은 재나 금속의 재(녹슨 금속)는 각 반응에서 플로지스톤이 없어진 물질입니다. 따라서 연소되기 전의 물질이나 녹이 슬기 전의 금속은 하나의 원소가 아니라 물질의 재와 플로지스톤의 화합물이라고 믿었습니다. 그러므로 금속의 재와 나무를 함께 가열하면 나무에서 나온 플로지스톤이 금속의 재로 들어가 다시 금속으로 바뀌게 된다고 믿었지요. 그렇지만 라부아지에의 올바른 이론에 의하면 연소 반응이나 금속이 녹스는 반응은 물질이 산소와 화합하는 반응입니다. 이 반응을 산화라고 부릅니다. 또 금속의 재와 나무를 함께 가열할 때 금속으로 바뀌는 것은 산소와 금속의 화합물에서 산소가 사라져 원래의 금속이 되는 과정으로 환원이라고 부릅니다. 18세기 초 보어하베(H. Boerhaave, 1668～1738년)가 금속은 화합물이 아니라고 주장하면서 플로지스톤 이론으로 금속이 녹스는 반응을 설명하는 것은 저항을 받게 되었습니다. 눈에 보이지 않는 기체의 발견 1. 기체와 플로지스톤은 같은 것일까? 라부아지에와 함께 활동하던 화학자들은 공기의 존재를 믿었습니다. 공기가 움직이는 현상이 바람이니까요. 공기는 질소와 산소와 같은 기체들로 이루어진 혼합물입니다. 그렇지만 그 당시 과학자들은 공기가 순수한 원소라고 생각하고 공기 속에 불순물이 들어가면 원래의 공기와 달라진다고 생각했지요. 이 불순물이 바로 화학 반응에서 빠져 나오는 플로지스톤이라고 믿었던 거지요. 화학 반응마다 나오는 플로지스톤의 종류가 다르므로 공기는 다양한 불순물을 지닐 수 있다고 믿었지요. 물론 현대의 이론에 의하면 그렇지 않지요. 그렇지만 공기는 눈에 안 보이는 기체들의 혼합물이므로 그 당시 공기에 섞여 있다고 믿었던 플로지스톤은 기체라고 볼 수 있습니다. 2. 이산화탄소는 누가 발견했을까? 이산화탄소는 캐번디시가 수소를 발견하기 10년 전인 1756년 블랙에 의해 발견되었어요. 블랙은 염기성인 탄산마그네슘을 강하게 가열하였더니 무게의 12분의 7이 감소했다는 사실을 알아냈지요. 그는 손실된 무게가 공기로 빠져나갔다고 믿고 이 기체를 고정 공기라고 불렀는데, 이것이 바로 이산화탄소입니다. 이산화탄소에 대한 연구를 더 많이 한 과학자는 프리스틀리입니다. 그는 학교를 마치고 6년 동안 목사로 근무하면서 틈틈이 과학 실험을 했지요. 1767년 프리스틀리는 리즈에 있는 밀힐 교회의 목사였는데, 교회 주위에는 양조장이 있어 발효 과정에서 이산화탄소가 많이 발생했습니다. 프리스틀리는 이 기체를 모아 그 성질을 알아보았습니다. 이 기체 속에 생쥐를 넣었더니 생쥐가 바로 죽었고, 이 기체 속에서는 불이 꺼진다는 것을 알아냈습니다. 또 식물은 이 기체 속에서 오히려 더 잘 자란다는 것을 보고, 이 기체는 식물에게는 없어서는 안 될 기체라는 것을 알아냈습니다. . 3. 질소는 누가 발견했을까? 블랙의 제자인 러더퍼드는 공기 중에서 산소를 제외한 부분에 대해 궁금해 했습니다. 그러다가 1772년 러더퍼드는 공기가 든 용기 속에 더 이상 숨을 쉴 수 없을 때까지 쥐를 가두었습니다. 이제 용기 안의 공기에는 산소가 모두 사라진 셈이지요. 그런 뒤 공기 속에 포함되어 있는 이산화탄소를 수산화칼슘에 흡수시켜 없앴습니다. 이제 용기 속에 남은 공기 속에서는 불이 붙지 않는다는 것을 알아냈습니다. 이 남은 기체가 바로 질소이지요. 러더퍼드는 질소를 플로지스톤 공기라고 불렀습니다. 플로지스톤이 가득 차 있어 더 이상 연소가 이루어지지 않는다고 생각했기 때문이지요. 100년 뒤 레일리와 램지는 러더퍼드가 발견한 것이 질소와 소량의 아르곤의 혼합물임을 밝혀 냈습니다. 공기 속에 아르곤은 질소의 120분의 1 정도 포함되어 있지요. 불운한 과학자 셸레 1. 셸레는 어떤 인물일까? 불운한 과학자 셸레는 산소와 질소를 최초로 발견했어요. 그런데 질소는 발표가 늦어 러더퍼드에게 밀리고, 산소는 책의 출간이 늦어져 프리스틀리에게 최초의 발견자라는 자리를 넘겨주었습니다. 그럼 셸레가 질소를 발견한 원리에 대해 알아볼까요? 셸레는 공기 속에 황화칼륨을 놓아두어 산소를 흡수하게 했어요. 그런 뒤 남은 공기는 연소를 지원해 주지 않으므로 상한 공기라고 불렀는데, 이것이 바로 질소입니다. 한편 셸레는 자신이 발견한 기체나 금속을 직접 맛을 보는 습관이 있었는데, 이로 인해 유독 물질이 몸속에 쌓여 그 독으로 일찍 사망했습니다. 라부아지에의 화학 혁명 1. 라부아지에의 질량 보존의 법칙은 어떤 내용일까? 질량 보존의 법칙을 설명하는 데는 여러 가지 방법이 있어요. 그 가운데 볼트와 너트를 이용해 보죠. 볼트를 철에 비유하고 너트를 산소에 비유하면 됩니다. 그러면 너트가 끼워진 볼트는 녹슨 철(산화철)이 되지요. 이제 볼트와 너트의 질량을 측정해 볼까요. 질량을 정밀하게 측정하기 위해 디지털 저울을 준비했습니다. 질량 측정 결과 다음과 같은 등식이 얻어집니다. 【볼트의 질량 + 너트의 질량 = 너트를 끼운 볼트의 질량】이것을 철이 녹스는 반응에 대해 쓰면 【철의 질량 + 산소의 질량 = 녹슨 철(산화철)의 질량】이 되지요. 색깔이 다른 두 종류의 레고 블록을 이용할 수도 있습니다. 2. 라부아지에를 근대 화학의 아버지라고 부르며, 그의 업적을 화학 혁명이라고 하는 이유는 무엇일까? 과학자인 동시에 공직자로서도 다양한 재능을 보여 주었던 라부아지에는 무엇보다도 천재적인 화학자였기에 근대 화학의 아버지로 불립니다. 그는 연소 반응에서 산소의 구실을 밝히고 원소를 기본 물질이란 개념으로 파악했으며, 화학 반응에서 물질의 보존 원리를 규명하는 등 근대 화학의 토대를 쌓으며 화학을 과학의 한 분야로 정착시키는 데 큰 기여를 했습니다. 라부아지에는 산소의 첫 발견자는 못 되었지만 모든 산의 근원이 산소라는 것을 증명하였고, 산소가 더 이상 쪼갤 수 없는 원소라는 것도 밝혀 냈습니다. 또 그는 라플라스와 함께 사람의 호흡이 연소와 동일하다는 것을 밝혀 냈습니다. 1787년 출간된 『화학 명명법』에서 라부아지에는 화합물의 주요 성질과 성분을 따져 화합물의 명명 체계를 완성했고, 1789년에 쓴 『화학 개요』에서는 성분 원소의 반응에 의해 화합물이 형성되는 기본 원리와 이론을 제시했을 뿐만 아니라 화학 반응 전후에 물질이 보존된다는 정리를 내놓았습니다. 프랑스 혁명 전야에 이루어진 라부아지에의 이론은 화학의 변화에 너무나 큰 영향을 미쳤기 때문에 우리는 그것을 화학 혁명이라 부릅니다. 질량 보존의 법칙으로 플로지스톤 이론이 틀렸다는 것을 입증한 위대한 화학자 라부아지에는 어릴 때부터 과학의 다방면에 관심을 보여 수학, 천문학, 식물학, 광물학, 기상학과 화학을 공부하였습니다. 정규 교육을 마친 뒤 그는 스승인 쥐타드와 함께 프랑스의 지도를 만들기도 했지요. 1771년 라부아지에는 마리 앤과 결혼했습니다. 결혼 당시 라부아지에는 28살, 마리 앤은 14살로 두 사람은 나이 차이가 많았습니다. 두 사람 사이에는 자녀가 없었지만 두 사람은 행복하게 살았습니다. 아내 마리는 영어를 모르는 라부아지에를 대신해 영어를 배워 남편의 논문을 영어로 번역해 주고, 남편 책의 삽화를 그리기 위해 미술을 배우고, 남편의 실험 결과를 기록하는 조수 노릇을 하는 등 라부아지에의 연구를 도왔습니다. 1789년 프랑스 혁명이 일어나자 라부아지에는 파리 시의 대의원이 되었고, 1791년에는 세금 징수의 청부인이 되었습니다. 공포 정치가 시작된 1793년 여름에는 다른 모든 학회와 함께 과학 아카데미도 폐쇄되었고, 세금 징수의 청부인이 전부 체포된 가운데 라부아지에도 단두대의 이슬로 사라졌습니다. 유명한 수학자 라그랑주는 그의 죽음에 대해 그의 머리를 베어 버리는 일은 일순간으로 족하지만, 그와 같은 두뇌를 만들려면 100년도 더 걸릴 것이다.라고 하며 그의 죽음을 애통해 했습니다. 공기의 조성 1. 공기를 이루고 있는 물질과 그 구성비는 어떻게 될까? 공기는 기체들의 혼합물입니다. 주성분인 산소와 질소 외에 소량의 이산화탄소, 아르곤 등을 포함하지요. 그러나 때와 장소에 따라 수증기․아황산 가스․일산화탄소․암모니아․탄화수소 등의 기체, 먼지․꽃가루․미생물․염화물 등의 무기물, 타르 성분 등의 유기 고형물을 포함하고 있습니다. 순수한 건조 공기의 성분비를 보면 질소와 산소가 약 99%를 차지합니다. 즉 건조 공기의 주성분은 부피로 볼 때 질소가 78.1%, 산소가 21.0%이며, 여기에 아르곤이 약 1%, 이산화탄소가 0.03%를 차지하고 있습니다. 공기는 여러 가지 성분으로 구성되어 있지만, 이들 3가지 성분을 제외하면 나머지는 아주 적은 양이지요. 일반적으로 분포하고 있는 몇 가지 미량 성분을 보면, 네온, 헬륨, 메탄, 크립톤, 수소, 일산화질소, 일산화탄소, 오존 등이 있습니다. 1. 플로지스톤 이론은 옳지 않은 이론이다. 플로지스톤 이론에서 가장 모순이 되는 요소는 무엇일까? 또 이러한 모순에도 불구하고 이 이론은 화학의 역사에서 중요하게 여겨지는 이유에 대해 토론해 보자. 플로지스톤이라는 것은 존재하지 않는다. 더구나 뉴턴의 물리학에 의해 음의 질량을 가진 물체는 있을 수 없으므로, 플로지스톤이 음의 질량을 가지고 있다는 것은 이 이론이 옳지 않음을 보여 준다. 그런데 플로지스톤 이론 때문에 모든 화학 반응에서 눈에 보이지 않는 플로지스톤이 빠져나간다고 믿었다. 그 덕분에 수소, 질소, 산소와 같이 눈에 보이지 않으며 냄새도 나지 않아 그 존재를 알기 어려웠던 기체들을 발견하게 되었다. 그러므로 플로지스톤 이론은 기체 화학의 발전에 큰 기여를 했다고 말할 수 있다. 2. 수소와 헬륨은 공기보다 가벼운 기체이다. 그러므로 수소나 헬륨을 채운 풍선은 위로 올라간다. 그렇다면 애드벌룬 속에 수소와 헬륨 중에서 어느 기체를 채우는 것이 좋을까? 수소의 밀도가 헬륨의 밀도보다 작으니까 수소를 채운 애드벌룬이 더 잘 뜰 수 있다. 그렇지만 수소는 폭발성이 강한 아주 위험한 기체이다. 그러므로 수소를 채운 애드벌룬에 불이 붙기라도 하면, 강한 폭발로 주위에 큰 피해를 입힐 수 있다. 또 새들이 부리로 수소 애드벌룬에 구멍을 내면 수소가 공기 중으로 갑자기 나가면서 산소와 만나 급격한 화학 반응을 일으켜 폭발할 수도 있다. 그래서 최근에는 위험한 수소보다는 공기 중으로 새 나가도 안전한 헬륨을 많이 사용한다. 3. 산소의 최초 발견자가 누구라고 생각하는지, 또 그렇게 생각하는 이유가 무엇인지 설명해 보자. (1)프리스틀리 : 과학자는 자신이 발견한 것을 논문이나 책이나 강연을 통해 다른 사람들에게 알려야 한다. 그러므로 세상 사람들에게 산소의 발견을 가장 먼저 알린 프리스틀리가 최초의 산소 발견자라고 생각한다. (2)셸레 : 셸레는 프리스틀리보다 3년 전에 산소 기체를 발견했고 그것에 대한 기록을 책으로 썼다. 비록 머리말 때문에 책의 출판이 프리스틀리의 발표 뒤로 미루어졌지만, 책의 원고가 출판사에 접수된 것이 1771년이라는 명백한 증거가 있으므로 산소를 처음 발견한 사람은 셸레라고 생각한다. (3)프리스틀리와 셸레가 공동 : 최초의 발견이나 발표는 논문이 발표된 시점보다는 논문이 접수된 시점을 기준으로 한다. 그것은 논문에 따라 심사 기간이 길어질 수도 아주 짧을 수도 있기 때문이다. 예전에 전자기력과 약력의 통일 이론으로 미국의 와인버그 교수와 파키스탄의 살람 교수가 노벨 물리학상을 공동 수상했다. 그 당시 와인버그는 논문을 발표했고, 살람은 논문을 발표하는 대신 이탈리아에서 열린 작은 학회에서 자신의 이론을 발표했다. 당초 노벨상 위원회는 그해 노벨 물리학상 수상자에서 살람을 제외하려고 했다. 그런데 우리 나라 이휘소 박사가 살람이 학회에서 이론을 발표했다는 증언을 하여, 살람이 파키스탄인 최초로 노벨 물리학상 수상자가 된 적이 있다. 이런 점에 비추어 볼 때, 산소의 발견이 노벨 화학상 후보에 올랐다면 셸레와 프리스틀리의 공동 수상이 될 것으로 생각한다. 이 문제에 대해서는 정답이 없습니다. 그래서인지 교양 화학을 다루는 책들마다 산소의 발견자가 셸레일 때도 있고, 프리스틀리일 때도 있습니다. 최근에는 산소의 발견자가 누구인가를 소재로 〈산소〉라는 연극이 공연될 정도로 이 문제는 예민한 문제입니다. 만일 셸레와 프리스틀리가 20세기에 이런 일을 해서 노벨 화학상 자리를 놓고 다투었다 해도 논란 거리가 될 만한 일입니다. 4. 밀폐된 방에서 물질을 태우면 어떤 점이 위험할까? 밀폐된 방에는 제한된 양의 공기가 있다. 그러므로 산소의 양도 제한되어 있다. 이런 곳에서 물질을 태우면 물질과 산소가 화합하므로 점점 산소의 양이 줄어들게 된다. 물론 창문이 있는 방이라면 창을 열어 외부의 공기를 들어오게 해 충분한 산소를 다시 공급할 수 있다. 그러나 창문이 없는 지하 방에서 문을 닫아 놓고 물질을 태우면 산소의 양이 점점 줄어, 사람이 숨을 쉴 수 없게 되어 생명이 위험할 수 있다. 보통 화재 현장에서 많은 사람들이 죽는 것은 불에 탄 물질들이 제한된 양의 산소를 빼앗아 가기 때문에 사람들이 숨을 쉬지 못해서이다. 그래서 지하철 화재 등에서 구출된 사람들에게는 최우선 응급 조치로 산소를 공급해 주어야 한다. ----------------- 우선 질량보존의 법칙과 기체반응의 법칙, 아보가드로의 법칙을 살펴보면 다음과 같습니다. 1. 질량보존의
법칙이란? 2. 기체반응의 법칙이란? 1808년 여러 실험에 의해 게이 뤼삭은 '온도와 압력이 같으면 반응하는 기체와 생성되는 기체의 부피 사이에는 간단한 정수비가 성립한다'는 기체 반응의 법칙을 발표하였다. 3. 아보가드로의 법칙이란? 1811년 <단위입자의 상대적 질량 및 이들의 결합비를 결정하는 하나의 방법>이라는 논문을 통해 발표한 법칙으로 '온도와 압력이 같으면 모든 기체는 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함한다' 는 가설이 나중에 입증되어 법칙으로 되었다.
N2 + 3 H2 → 2 NH3 ① 질량보존의 법칙 - 반응전에 질소원자 2개, 수소원자 6개 이였던 것이 반응후에도 갯수가 변하지 않고 그대로 질소원자 2개, 수소원자 6개 있는 것이 보이실 겁니다. 따라서 화학반응 전후의 질량에는 변함이 없다는 질량보존의 법칙으로 암모니아 생성반응이 설명됩니다. ② 기체반응의 법칙 - 잔응하는 기체와 생성되는 기체의 부피 사이의 정수비는 질소 : 수소 : 암모니아 = 1 : 3 : 2 입니다. 부피비가 곧 분자식 앞에 있는 계수비를 의미 합니다. ③ 아보가드로의 법칙 - 아보가드로의 법칙은 기체 반응의 법칙을 설명할 때 필요한 가설인데요. 기체반응의 법칙에서 "계수비 = 부피비" 가 되기 위해서 꼭 필요한 것 입니다. 만약에 모든 기체가 같은 부피속에 같은 수의 분자를 포함하고 있지 않다면, "부피비 = 계수비"는 성립하지 않습니다. -------------------- 중학교 3학년 물질의 구성 단원에는 여러가지 법칙이 나옵니다. 질량보존의 법칙, 일정성분비의 법칙, 기체 반응의 법칙. 혼돈하기 쉬운 이 법칙 세가지를 정리해 보도록 합시다.
1. 질량보존의 법칙: 변화가 일어나기 전의 물질의 총질량과 변화가 일어난 후 생성된 물질의 총질량은 같다. 2. 일정성분비의 법칙: 두 가지 이상의 물질이 반응하여 하나의 물질을 만들 때 그 물질을 구성하는 성분 원소 사이의 질량비는 항상 일정하다. 3. 기체 반응의 법칙: 기체가 반응할 때 반응하는 기체와 생성되는 기체의 부피 사이에는 항상 일정한 정수비가 성립한다.
구체적인 예를 들어서 살펴보겠습니다.
변화 전의 물질의 질량을 더하면 변화 후의 생성물질의 질량이 됩니다. 혼합물인 설탕물을 예로 들자면, 설탕 5g과 물10g을 섞어서 설탕물을 만들면 이때 설탕물의 질량은 15g(설탕5g+물10g) 이 됩니다. 일정성분비의 법칙은 화합물에만 적용합니다. 즉,두가지 이상의 물질이 반응하여 전혀 새로운 성질을 가지는 물질을 만드는 경우에만 적용된다고 할 수 있습니다. 단순히 섞여 있는 상태인 혼합에서는 일정성분비의 법칙을 생각하지 않는것입니다. 설탕물을 만들때 꼭 설탕과 물의 질량비를 일정하게 해야만 설탕물이 되는 것은 아닌 것처럼 말입니다. 질량은 더한것이 질량보존의 법칙이라면 일정성분비의 법칙은 질량 비를 구하는 것입니다. 구체적인 예로 가장 일반적인 물을 살펴보자면, 물은 수소와 산소가 1:8의 질량비로 반응합니다. 수소가 1g 이 있다면 산소가 아무리 많더라도 8g만 쓰여 반응한다는 뜻입니다. 만약 수소 2g과 산소 20g을 반응시킨다면 1:8의 질량비로 반응하기 때문에 산소16g만 쓰이고 산소 4g은 남게 됩니다. 수소 + 산소 = 물 여기서 구분지어야 할 것은 수소와 산소의 질량이 1:8로 반응하는 것은 일정성분비의 법칙이고 수소 2g과 산소 16g이 반응하여 물 18g이 만들어 진 것은 질량보존의 법칙이라는 것입니다. 기체 반응의 법칙은 기체 간에 일어나는 반응에만 적용되며 일정 기압과 일정 온도를 가정했을 때 성립합니다. 기체 반응의 법칙과 일정성분비의 법칙이 헷갈릴 수 있는데 기체 반응의 법칙은 반응할 때 '부피비'에 관한 것이고 일정성분비 법칙은 '질량비'에 관한 것입니다.
기체 반응의 법칙- 수소:산소:물 = 2:1:2 (수소20mL과 산소10mL이 반응하여 물20mL) 이제 구분이 되시겠죠? ^0^ ------------------- |
질량보존법칙이 성립하지않는 경우 - jillyangbojonbeobchig-i seonglibhajianhneun gyeong-u
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