Basic Science

헬륨은 풍선을 띄우는 가벼운 기체 정도로만 알려져 있지만, 실제로는 현대 과학기술의 핵심에 자리한 매우 독특한 원소다. 헬륨의 발견 과정, 물리적 특성, 산업적 활용, 그리고 미래 에너지로서의 가능성까지 하나씩 정리해본다. 태양에서 먼저 발견된 유일한 원소헬륨은 지구에서 발견되기 전에 태양에서 먼저 존재가 확인된 특이한 원소다. 19세기 후반, 천문학자들은 태양 빛을 분광기로 분석하던 중 기존 원소에서 볼 수 없던 노란색 스펙트럼 선을 발견했고, 이를 새로운 원소로 판단해 ‘헬리오스(태양)’에서 이름을 따 헬륨이라 명명했다. 이후 라듐 등 방사성 물질을 연구하던 중 실제 헬륨이 분리되며 지구에도 존재한다는 것이 밝혀졌다. 헬륨의 물리적 특징헬륨은 지구에서 두 번째로 가벼운 원소로, 무색·무취·..

이번 제3강에서는 유기화학의 가장 기초가 되는 알케인(Alkane)과 입체화학의 시작점, 그리고 유기화합물의 반응성을 결정하는 작용기(Functional group)에 대해 정리해보겠다. 작용기란 무엇인가?유기화합물은 구조가 매우 다양하지만, 실제로 우리가 가장 중요하게 보는 것은 그 화합물이 어떤 반응성을 가지는가이다. 유기 분자 안에서 화학 반응이 주로 일어나는 특정 부위를 우리는 작용기(Functional group)라고 한다. 구조가 서로 다르더라도 같은 작용기를 가진 분자들은 비슷한 성질과 반응성을 보인다. 따라서 유기화학에서는 수많은 화합물을 작용기별로 분류하여 공부하게 된다. 탄소와 수소만으로 이루어진 기본 골격 : 탄화수소(1) 알케인(Alkane) 가장 단순한 탄화수소로, 탄소–탄소 ..

유기화학의 기본 개념을 이해하기 위해서는 전기음성도, 극성 공유결합, 쌍극자 모멘트를 확실히 이해해야 한다. 아래는 해당 강의 내용을 핵심만 뽑아 정리한 것이다. 전기음성도(Electronegativity)란?공유결합을 하고 있는 두 원자가 있을 때, 다른 원자와 공유하는 전자(공유전자쌍)를 잡아끄는 힘의 정도를 의미한다. 값이 클수록 전자를 더 강하게 끌어당긴다. 상대적인 값이며, 불소(F)가 4.0으로 가장 크다. 🔹 주기율표에서의 전기음성도 경향 오른쪽, 위쪽으로 갈수록 증가한다. 즉, 주기율표 오른쪽 위(할로겐·비금속)가 전기음성도가 크다. 🔹 유기화학에서 꼭 외워야 할 원자들의 전기 음성도 F (4.0) > O (3.5) > N (3.0), Cl (3.0) > C (2.5) > H (2..

유기화학을 처음 접하는 사람도 이해하기 쉽도록 유기화학의 정체가 무엇인지, 그리고 앞으로 배우게 될 구조와 결합의 기초 개념을 정리해본다.유기화학은 어떤 과목인가?화학은 유기화학, 무기화학, 물리화학, 분석화학, 생화학으로 크게 다섯 분야로 나뉜다. 이 중에서도 가장 큰 두 축이 유기화학과 무기화학이다. - 유기화학 : 탄소(C)를 포함한 화합물을 다루는 학문 - 무기화학 : 탄소(C)가 없는 물질(금속·비금속)을 다루는 학문 탄소는 살아있는 생명체(유기체)의 기본 구성 원자라서, 생명체 관련 물질 대부분은 탄소를 포함한다. 따라서 유기화학은 생명, 약물, 고분자, 천연물, 신소재를 다루는 핵심 학문이라고 할 수 있다. 유기화학의 궁극적 목표는 합성이다. 즉, 탄소 기반 물질을 조합해 의약품, 천연물,..

무기화학에서는 다양한 반응에서 기체가 생성된다. 이 중 가열이 필요 없는 반응은 시험에서 자주 등장하고, 암기량도 많아 헷갈리기 쉽다. 하지만 원리를 이해하면 어렵지 않게 정리할 수 있다. 아래는 대표적인 네 가지 반응 유형과 기체 발생 원리를 요약한 것이다. 1. 산 + 금속 → 수소 기체(H₂) 발생(1) 원리 금속의 이온화 경향이 수소보다 크면, 산과 만나 전자를 잃고 산화되면서 수소 기체가 발생한다. (2) 예시 Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (아연은 수소보다 이온화 경향이 크므로 수소 발생) (3) 핵심 포인트 수소보다 이온화 경향이 큰 금속만 수소를 발생시킨다. Cu, Ag, Au 등은 산과 반응해 수소를 만들지 못한다. 2. 강산에 의한 약산의 유리강산이 약산의 염에서 약..

무기화학에서 자주 헷갈리는 두 기체가 있다. 바로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO₂)다. 둘 다 질소와 산소로 이루어진 기체이지만, 제조 방법, 색, 반응성, 물에 대한 성질, 포집법이 모두 다르기 때문에 확실히 구분해야 한다. NO와 NO₂의 제조법 (구리 + 질산)산화질소는 묽은 질산 또는 진한 질산에 구리를 넣어 반응시켜 만든다. 산화력이 큰 질산이 Cu를 강제로 산화시키면서 산화질소가 생성된다.1. 묽은 질산(HNO₃) + Cu → NO 생성묽다 = 산소 수가 적다 → 산소 1개 → NO 반응식 : 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O 생성 기체 : 무색 일산화질소(NO) 2. 진한 질산(HNO₃) + Cu → NO₂ 생성진하다 = 산소가 많다 → 산소 2..

황 이온(S²⁻)은 여러 금속 이온과 만나면 특징적인 황화물 침전을 만든다. 하지만 어떤 금속이 어떤 조건(산성/중성/염기성)에서 침전을 만들며, 침전색이 무엇인지 정확하게 구분하는 것이 매우 중요하다. 아래는 학습에 필요한 부분만 압축한 완전 정리본이다. 황화 이온(S²⁻)이 어떻게 생기는가?주로 황화수소(H₂S) 기체를 물에 녹여 수용액에서 S²⁻ 형태로 존재한다. 이 S²⁻가 금속 이온과 반응해 특유의 색을 가진 황화물 침전을 만든다.H₂S + 금속이온 → 침전황화물 침전 반응은 pH 조건에 따라 크게 두 그룹으로 나뉜다. 여기서 색깔이 금속별로 달라서 암기가 중요하다. 1. 산성·중성·염기성 모두에서 침전되는 금속 이온(구리, 은, 납) 산성에서도 잘 침전됨 → 대부분 검은색 침전 (대표: Cu..

6류 위험물(산화성 액체)은 자체적으로 산소를 방출해 다른 물질의 연소를 돕는 위험물이다. 겉보기엔 그냥 액체처럼 보이지만, 내부적으로 높은 산소 함량과 불안정한 결합을 가지고 있어 열·충격·오염 등 작은 자극에도 폭발적 분해가 일어날 수 있다. 대표적인 물질은 다음과 같다. ▷ 과산화수소(H₂O₂) ▷ 유기 과산화물(벤조일 퍼옥사이드 등) ▷ 퍼옥사이드계 산화제들 6류 위험물의 기본 성질1) 산소를 다량 함유한 ‘조연성 물질’ 6류 위험물은 자체적으로 산소(O)를 다량 포함한다. 겉으론 액체지만 내부적으로는 발열·분해 반응이 항상 진행될 준비가 되어 있다. 조연성이란 자신은 타지 않지만 다른 물질이 타도록 돕는 성질을 말한다. 산소를 방출하기 때문에 주변 가연물이 있을 경우 화재가 쉽게 확대된다. ..

최근 중국에서 예상치 못한 발표가 하나 나왔다. 세계 최초로 사막 한가운데서 토륨 기반 용융염 원자로 실험에 성공했다는 소식이었다. 물 한 방울 없는 고비사막에서 원전을 가동했다는 점 때문에 세계가 크게 놀랐다. 우라늄 원전을 완전히 대체할 수 있는 차세대 기술 "토륨 원자"로가 무엇이고, 왜 중요하며, 기존 원전과 무엇이 다른지 정리해본다. ■ 토륨이란 무엇인가?토륨(Thorium)은 원자번호 90번에 해당하는 은회색의 방사성 금속으로, 자연계에서 비교적 흔하게 발견되는 원소다. 지각에 존재하는 양만 놓고 보면 우라늄보다도 더 풍부하며, 주로 일메나이트나 모나자이트 같은 광물 속에서 산출된다. 토륨은 기본적으로 약한 방사성을 지닌 금속이지만, 안정성이 높고 열적 성질이 뛰어나 미래 에너지 자원으..

발효와 부패, 같은 시작 다른 결과요즘 건강과 음식 이야기를 하다 보면 반드시 등장하는 단어가 있다. 그것은 바로 발효다. 된장, 고추장, 치즈, 요구르트, 김치처럼 우리 식탁에 익숙한 음식들 대부분은 발효 과정을 거쳐 만들어진다. 그런데 이 발효라는 과정은 사실 부패와 매우 비슷하다. 둘 다 미생물이 음식 속 성분을 분해하는 과정이기 때문이다. 그렇다면 뭐가 다른가? 결론부터 말하면 몸에 이로운 변화가 일어나면 발효, 반대로 해로운 변화가 일어나면 부패라고 부른다. 같은 미생물이라도 어떤 재료를 만나고, 어떤 상황에서 작용하느냐에 따라 결과는 완전히 달라진다. 효모와 발효 ; 건강한 빵의 핵심빵의 역사는 매우 길다. 사람이 곡식을 먹기 시작하면서부터 발효는 자연스럽게 발견되었고, 그 중에서도 효모..

전 세계가 전기차로 달려가고 있다. 전기 배터리에 필요한 핵심 금속, 니켈·코발트·망간 같은 금속 자원은 이제 나라의 기술력과 경제안보를 좌우하는 자원이 되었다. 그런데 땅에서 캐는 자원은 한계가 있다. 특히 코발트는 콩고 등 특정 국가에 편중되어 있어서 공급망 리스크가 컸다. 최근 다시 주목받는 자원이 있다. 바로 바닷속 4,000m 심해에 널려 있는 검은 감자 모양의 돌. 이름은 망간 단괴다. 여기에 니켈, 구리, 코발트 등 40여 종의 금속 성분이 농축되어 있다. 말 그대로 ‘검은 황금’이다. 일본이 발표한 대규모 매장지일본 오가사와라 제도 인근 심해에서 약 2억 3천만 톤 규모의 망간 단괴가 확인되었다는 소식이 전해졌다. 일본은 이 자원만 제대로 확보해도 코발트만 놓고 70년 이상..