화학식량(化學式量), 화합물 명명법

1. 원자량(原子量)

ㅇ 물질을 이루고 있는 원자 또는 분자 1개의 질량을 측정하는 것은 매우 힘들고, 또한 이들 1개의 실제 질량은 10-24～10-22g 정도로 그 질량을 그대로 사용하는 것은 실용적이지 못하다. 따라서 어떤 원자의 원자량을 기준으로 정하고 그것의 상대적인 질량의 값을 각 원자의 원자량으로 사용한다.

ㅇ 원자량(Atomic weight) : 질량수가 12인 탄소원자 126C 1개의 질량을 12.00로 정하고, 이것을 기준으로 하여 비교한 다른 원자의 상대적인 질량의 값을 원자량이라고 하며, 원자량은 단위가 없는 무명수이다.

 

① 수소원자(11H) 1개의 실제 질량은 1.67*10-24g이고, 탄소원자(126C) 1개는 1.99*10-23g, 산소원자 1개는 2.66+10-23g이다. 이와 같이 원자 1개의 질량은 대단히 작은 값으로 이를 그대로 사용하는 것은 불편하므로 상대적인 질량을 사용하는 것이다.

② 원자질량단위(a.m.u ; atomic mass unit) : 탄소원자 126C 1개의 실제질량의 1/12를 1원자 질량단위(1a. m. u = 1.66*10-24g)라고 한다. 따라서 126C 1개는 12.00 a.m.u가 된다.

③ 수소 원자량이 1 이라는 것은 수소원자의 질량이 1g 이라는 뜻이 아니고, 1H원자 1개의 질량은 12C원자 1개 질량의 1/12가 됨으로 1H의 원자량은 1 이라는 뜻이다.

④ 평균원자량 : 자연계에는 동위원소가 존재하며, 이와 같은 동위원소의 원자량은 이들의 존재 비율을 고려한 평균원자량을 사용한다.

(예) 탄소의 원자량 : 자연계에 존재하는 탄소의 동위원소는 12C가 98.9% 이고, 13C가 1.1% 존재하므로 이들 탄소원자의 존재비율을 고려하여서 계산한 탄소의 평균원자량은 12*0.989 + 13*0.011 = 12.011 이다..

 

(예) 염소의 원자량 : 35Cl 원자량은 34.97이며 75.77% 존재하고, 37Cl 원자량은 36.97이며 24.23% 존재한다. 따라서 이 염소원자들의 존재비율을 고려하여 계산한 염소의 평균원자량은 34.97*0.7577 + 36.97*0.2423 = 35.4546 이다.

ㅇ 질량수와 원자량의 관계 : 11H의 질량수는 1이며 원자량은 1.008이고, 126C의 질량수는 12이며 원자량은 12.00이고, 168O의 질량수는 16이며 원자량은 15.99로 질량수와 원자량은 그 수치가 비슷하므로 엄밀하지 않은 계산에서는 질량수를 그대로 원자량으로 사용하기도 한다. 질량수는 그 원자의 양성자수와 중성자수를 합한 수치이다.

※ 원자량의 기준으로 돌턴은 수소를 선택하여 그 값을 1로 하였으나, 그 후 산소를 16으로 하여 사용하였으며, 현재는 탄소를 12로 기준을 정하여 126C원자 질량의 1/12를 원자의 질량단위(1원자질량단위;1a.m.u)로 사용하고 있다. 이때 양성자, 중성자, 전자의 상대적인 질량을 보면 양성자:1.007277, 중성자:1.0086645, 전자:0.0005486이다. 그리고 실제의 원자 질량은 그 원자를 구성하는 소립자들의 질량을 합한 값보다 작은데, 이는 질량의 일부가 핵 자체의 결합 에너지로 작용하기 때문이다.

 

2. 분자량(分子量)

ㅇ 분자를 구성하고 있는 원자들의 원자량의 합을 분자량이라고 한다. 원자량이 원자의 상대적인 질량을 나타내는 것과 같이 분자량도 상대적인 질량이며, 분자의 상대적 질량은 원자량을 정할 때와 같이 기준으로 12C를 12.00으로 정하여 사용한다. 그리고 원자량과 마찬가지로 단위를 붙일 수 없다.

(예) 탄산가스 분자량 : 12.0*1+16.0*2 = 44.0 (CO2분자는 C원자 1개, O원자 2개로 구성)

물의 분자량 : 1.0*2+16.0*1 = 18.0 (물분자는 H원자 2개, O원자 1개로 구성)

산소(O2)의 분자량 : 16.0*2 = 32.0 (산소분자는 산소원자 2개로 구성)

오존(O3)의 분자량 : 16.0*3 = 48.0 (오존분자는 산소원자 3개로 구성)

 

ㅇ 평균분자량 : 공기와 같은 혼합물의 경우에는 각 분자의 조성 백분율로부터 평균적인 분자량을 구한다.

(예) 공기는 질소가 4/5, 산소가 1/5의 비율로 조성되어 있는데 공기의 평균분자량은 얼마인가 ?

공기의 평균분자량 = N2*4/5 + O2*1/5 = 14*2*4/5 + 16*2*1/5 ≒ 29

 

ㅇ 화학식량 : 화학식으로 나타낼 수 있는 원자, 분자, 이온은 물론 실험식으로 표시되는 이온결정의 경우도 원자량을 이용하여 그 양을 나타낼 수 있다.

화학식에 들어 있는 원자들의 원자량을 모두 합한 것을 화학식량이라고 하며 화학식량의 종류로는 원자량, 분자량, 실험식량 등이 모두 해당된다

ㅇ 이온결정의 화학식량 : 염화나트륨(NaCl)이나 황산마그네슘(MgSO4)과 같이 분자로 존재하지 않는 이온 결정물질은 실험식으로 물질을 나타내고, 실험식 중에 들어 있는 각 원자의 원자량의 합을 실험식량 또는 화학식량이라고 한다.

(예) MgSO4의 화학식량은 ?

Mg의 원자량 + S의 〃 + O의 〃 * 4 = 24.3+32.0+16.0*4 = 120.3이다.

 

ㅇ 성분원소의 질량백분율 : 화합물은 여러 가지 원소가 결합되어 이루어지는데 화합물에서 어떤 원소가 차지하는 질량의 비율을 그 원소의 질량백분율이라고 한다.

☆ 원소의 질량백분율 =[구하는 성분의 원자량 합 / 화학식량(분자량)] * 100

(예) 유안[황산암모늄 ; (NH4)2SO4]중의 질소성분의 질량백분율(함량)은 ?

(NH4)2SO4의 화학식량(분자량) = (14+1*4)*2 + 32 + 16*4 = 132,

(NH4)2SO4중의 질소의 질량백분율 =28/132*100 = 21.2(%)

(예) 요소[(NH2)2CO]중의 질소성분의 질량백분율과 요소 25㎏중의 질소량은?

질소성분의 질량백분율 = [28/(16*2+12+16)]*100 = 46.7(%)

요소 25㎏중의 질소량 = 25*(46.7/100) = 11.7(㎏)

 

ㅇ 그램분자량 : 분자량을 그램 단위로 표시한 것으로 그 물질의 그램분자량, 또는 그 분자의 몰(Mol)이라고 한다.

(예) 물의 1 그램분자량은 얼마인가?

물의 분자량은 18.016이며, 물의 1 g분자량은 18.016g이다. 그리고 물분자 1 몰(Mol)의 질량은 물 1 g분자량과 같은 18.016g이다.

 

3. 몰(Mol)

ㅇ 몰의 개념 : 물질의 수를 세는 데에는 여러 가지 단위가 사용된다. 예를 들면, 연필 12자루는 1다스, 마늘 100통은 한 접이라고 한다. 이와 마찬가지로 원자, 분자 및 이온과 같은 아주 작은 입자의 수나 질량을 나타낼 때에는 얼마만큼의 집단을 하나의 단위로 사용하면 화학반응에서 수적 또는 양적 관계를 계산하는데 편리하므로 몰(Mol)이라는 단위를 사용한다.

1몰은 입자 6.02*1023개의 모임을 뜻한다. 예를 들면 수소원자 1몰은 수소원자 6.02*1023개를, 수소분자 1몰은 수소분자 6.02*1023개를 뜻하는 것이다.

 

ㅇ 몰(Mol)과 아보가드로 수 : 각 원소의 원자량에 g를 붙인 값은 제각기 그 값이 다르나, 그 속에 들어 있는 원자의 수는 모두 같다, 그러므로 원자량에 g를 붙인 값 = N*원자 1개의 질량인데 여기에서의 N을 아보가드로 수(6.02*1023)라고 한다. 어떤 원자나, 분자, 이온의 1몰 속에는 원자, 분자, 이온 이 각각 6.02*1023개가 들어있다는 것을 의미한다.

(예) 199F 원자의 원자량은 19.00이고, 원자 하나의 질량은 3.155*10-23g이다.

이 원자의 원자량에 g를 붙인 값은 19.00g(19.00g=6.02*1023*3.155*10-23g)로 이 값이 불소원자 1몰의 질량이다. 즉 불소원자 1몰은 불소원자 6.02*1023개로 질량은 19.00g이다.

ㅇ 1몰의 질량 : 원자, 분자, 이온 1몰의 질량은 아보가드로 수(6.02*1023)만큼의 질량으로 원자량, 분자량, 이온량에 g를 붙인 값이 된다. 예를 들면 12C의 원자량은 12.0이므로 여기에 g를 붙인 값 12.0g은 12C원자 1몰(6.02*1023개)의 질량이다. 따라서 원자나 분자 등의 1개의 실제질량은 이들의 1몰 질량을 아보가드로의 수로 나눈 값이 된다.

 

ㅇ 1몰의 부피 : 기체의 양은 질량으로 나타내는 것보다 부피를 사용하는 것이 편리하다. 기체 1몰이 차지하는 부피는 기체의 종류에는 관계없고, 온도와 압력에 영향을 받는다. 아보가드로의 법칙에 따르면, 모든 기체는 기체의 종류에 관계없이 같은 온도, 같은 압력에서 같은 부피 속에는 같은 수의 분자가 들어 있다. 즉 0℃, 1기압(표준상태)에서 기체 1몰은 22.4ℓ를 차지하며 그 속에는 6.02*1023개의 분자가 들어 있다.

(예) 산소분자(O2) 1몰의 질량은 32.0g이며, 산소분자 1몰의 부피는 표준상태에서 22.4ℓ이고, 이 속에는 산소분자 6.02*1023개가 들어 있다.

(예) 이산화탄소분자(CO2) 1몰의 질량은 44.0g이며, 이산화탄소분자 1몰의 부피는 표준상태에서 22.4ℓ이고, 이 속에는 이산화탄소분자 6.02*1023개가 들어 있다.

ㅇ 기체의 밀도(密度) : 밀도는 단위부피당의 물질의 질량이므로, 표준상태에서 기체의 밀도는 기체분자 1몰의 질량(분자량에 g붙인 값)을 기체분자 1몰이 차지하는 부피 22.4ℓ로 나눈 값이다. 이때의 단위는 g/ℓ가 된다.

(예) 0℃, 1기압(표준상태)에서 이산화탄소(CO2)의 밀도는 얼마인가?

0℃, 1기압에서 이산화탄소(CO2) 1몰의 질량은 44g이고, 22.4ℓ를 차지하므로, CO2의 밀도는 44 / 22.4 = 1.96 g/ℓ이다.

 

4. 원자가(原子價)와 당량(當量)

ㅇ 원자가(原子價) : 어떤 원자가 화학결합을 하기 위하여 잃거나 혹은 얻거나 하는 전자의 수를 그 원자의 원자가라고 한다.

수소원자는 전자를 1개 밖에 가지고 있지 않으므로 화학결합을 할 때 반드시 전자 1개가 쓰이므로 항상 원자가는 1가이다. 그래서 원자가를 다음과 같이 정의 할 수도 있다. 즉 어떤 원소 1원자가 수소 몇 원자와 화합 또는 치환하느냐 하는 수를 그 원소의 원자가라 한다.

(예) Cl은 수소원자 1개와 결합하여 HCl이란 화합물을 만드므로 Cl의 원자가는 수소원자 1개와 화합하고 있으므로 1가이다.

H2O의 산소는 수소원자 2개와 화합하였으므로 O의 원자가는 2가이다.

CH4의 탄소는 수소원자 4개와 화합하였으므로 C의 원자가는 4가이다.

※ 산소의 최외각전자는 6개이며, 2개의 가전자가 관계하므로 원자가는 2가이다.

 

ㅇ 원자가의 양, 음과 주기율과의 관계 : 원자가에는 양원자가와 음원자가가 있어 화합은 양원자가를 가진 원자와 음원자가를 가진 원자 사이에서 일어난다. 일반적으로 금속과 수소는 양원자가를 가지며, 비금속은 음원자가를 갖는다.

① 각 원소의 양원자가는 주기율표의 족의 번호와 일치한다.

② 비금속원소의 음원자가는 족의 번호에서 8을 뺀 것과 같다.

③ 같은 원소에서는 음원자가와 양원자가의 절대값의 합은 8이다.

④ 수소는 금속은 아니지만 원자가는 +1가로 1가의 양이온이 된다.

⑤ 화합물을 만들지 않는 0족 원소는 원자가가 0이다.

⑥ 2가지 이상의 원자가를 갖는 원소도 있다.

 

ㅇ 원자가를 결정하는 방법 : 앞에서 본 바와 같이 주기율표에서도 원자가를 알아 낼 수 있지만, 다음과 같은 방법으로도 원자가를 결정할 수 있다.

① 수소와 직접 화합하는 물질은 그 원소와 화합하는 수소의 수로 알 수 있다.

② 수소와 직접 화합하지 않는 것은 치환하는 수소의 수로써 정한다.

③ 원자가 서로 화합하는 경우 그 화합물을 이루는 원소들의 원자가 합은 0이다.

④ 원소의 당량을 알면 원자량을 당량으로 나누면 원자가가 된다.

※ 원자가의 음, 양, 가수(價數) 등은 그 원자가 화학결합을 할 때 최외각전자를 얻거나 잃거나 하는데 따라 결정된다. 즉 최외각전자를 1개 얻으면 -1가, 2개 얻으면 -2가가 되고 1개 잃으면 +1가, 2개 잃으면 +2가가 된다. 최외각전자를 원자가전자라고 하는 것도 이것이 원자가에 관계가 있기 때문이다.

ㅇ 당량(當量) : 수소 1.008(혹은 산소8)과 결합하거나 또는 치환할 수 있는 원소의 무게를 그 원소의 당량 혹은 화학당량(化學當量)이라 한다.

당량은 원소가 화합물을 만들 때의 단위라고 볼 수 있으며, 원자량을 원자가로 나눈 값이 그 원소의 당량이다.(당량 = 원자량/원자가)

 

ㅇ 그램당량(Gram當量) : 당량을 Gram단위로 표시한 양을 Gram당량이라 한다. 따라서 어떤 원소의 1 g당량은 다음과 같이 표시할 수 있다.

① 수소 1.008g과 화합 또는 치환하는 원소의 양.

② 산소 8g과 화합 또는 치환하는 원소의 양.

③ 수소 1.008g은 표준상태에서 11.2ℓ의 부피를 차지한다. 따라서 표준상태에서 수소11.2ℓ와 화합 또는 치환하는 원소의 양.

(예) 산소 1g당량은 8g, 염소 1g당량은 35.457g, 아연 1g당량은 65.38/2=32.69g

 

ㅇ 기[基 ; 근(根)] : 화학반응을 할 때 세게 결합되어 마치 한 원자처럼 행동하는 원자의 모임(원자단)을 기라고 한다.

① 기는 혼자 독립적으로 유리상태로는 있을 수 없다.

② 가열하면 일반적으로 분해한다.

③ 수용액에서 반응할 때, 분해되지 않고 한 화합물에서 다른 화합물로 그대로 옮아간다

④ 기는 한 개의 원자처럼 각각 원자가와 당량을 가지고 있다.

(예) H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2 의 반응에서 황산 속의 SO4는 S와 O가 떨어지지 않고 그대로 황산아연으로 옮아간다. 여기에서 SO4를 황산기라 하며 황산기는 수소 2원자와 결합하므로 -2가이고, 황산기의 당량은 황산기의 원자량 32+16*4 = 96을 원자가 2로 나눈 값으로 48이다.

 

〈표 1〉중요한 기와 그 원자가

기(근)	기호	원자가	기(근)	기호	원자가
암모늄기	NH4+	+1	메 틸 기	CH3	1
수 산 기	OH-	-1	황 산 기	SO42-	-2
질 산 기	NO3-	-1	아황산기	SO32-	-2
시 안 기	CN-	-1	탄 산 기	CO32-	-2
염소산기	ClO-	-1	크롬산가	CrO42-	-2
과망간산기	MnO4-	-1	중크롬산기	Cr2O72-	-2
초 산 기	CH3COO-	-1	인 산 기	PO43-	-3

※ 이온이 될 수 있는 기에는 (+) 혹은 (-)를 붙여서 표시한다. 그러나 메틸기와 같이 공유결합을 하여 이온이 되지 않는 기가 유기화합물에는 많이 있다.

 

5. 화학식(化學式)과 화학반응식(化學反應式)

ㅇ 화학식 : 원소기호로 어느 물질의 구성을 표시한 것을 말하는데 화학식에는 실험식, 분자식. 시성식, 구조식 따위가 있다.

① 실험식은 물질의 조성을 가장 간단하게 표시한 것으로 어느 물질 1분자 중에 들어있는 각 원소의 원자수의 비를 나타낸 것이다.

② 분자식은 분자를 구성하는 원자의 종류와 수를 표시한 식으로, 분자식을 알면 그 물질의 조성, 분자량, 이름 따위를 알 수 있다.

③ 시성식은 분자 중에 어떤 기를 가지고 있는가를 표시해 주는 화학식으로 기를 봄으로써 그 화합물의 화학적 성질을 알 수 있는 것이다.

④ 구조식은 분자 내에서 각 원자의 결합상태를 원자가를 나타내는 결합손으로 표시한 것으로 분자의 모양, 구조 등을 알 수 있는 것이다.

 

ㅇ 화학식 표기방법 : 무기화합물에서 금속원소와 비금속원소가 결합된 화합물은 금속원소를 왼쪽에 비금속원소를 오른쪽에 쓰고, 비금속원소 사이에 이루어진 화합물은 양성원소를 왼쪽에 음성원소를 오른쪽에, 탄소화합물은 C, H, O의 순서로 표기한다. 그리고 화합물의 이름 부르는 방법은 다음과 같다.

① 2가지 원소만으로 된 화합물은 음성원소의 “소”자를 “화”로 바꾸어 부르고, 다음에 양성원소의 이름을 부른다.

(예) NaCl ; 염화나트륨, KCl ; 염화칼륨, FeS ; 황화철, ZnO ; 산화아연

② 원소와 산소를 가진 산기로 된 화합물은 그 산의 이름 다음에 원소이름을 부른다.

(예) MgSO4 ; 황산마그내슘, Na2CO3 ; 탄산나트륨, KNO3 ; 질산칼륨

③ 같은 원소로 된 화합물이 2개 이상인 경우 원자가의 크기 순서대로 부른다.

(예) CO ; 일산화탄소, CO2 ; 이산화탄소, FeCl2 ; 염화제1철, FeCl3 ; 염화제2철

ㅇ 화학반응식 : 분자식을 써서 화학변화를 표시한 식을 화학반응식 혹은 화학방정식이라고 하는데, 화학반응식이 나타내는 사항은 다음과 같다.

① 화학반응에 쓰이는 물질과 반응 후 생성되는 물질을 표시한다.

② 반응 전과 반응 후의 무게의 합은 변화가 없다(질량보전의 법칙).

③ 화학반응에 관계하는 물질들의 무게의 비는 일정하다(일정비례의 법칙).

④ 반응물질과 생성물질이 기체인 경우 분자식의 계수는 기체의 부피비를 나타낸다.

(예) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 212.8 ㎉라는 반응식은 메탄가스가 산화(연소)하면 탄산가스와 물이 생기고, 메탄 1몰(16g)과 산소 2몰(64g)이 반응하여 탄산가스 1몰(44g)과 물 2몰(36g)생기는데, 이때 반응전의 무게(16+64g)와 반응후의 무게(44+36g)는 같다. 그리고 이 반응에서 메탄가스 1몰(무게로는 16g, 부피로는 표준상태에서 22.4ℓ, 분자수로는 6.02*1023개)이 연소할 때 212.8㎉의 열이 발생하는 것을 알 수 있다. 또한 이 반응에서 각 기체의 부피비는 1 : 2 : 1 : 2 임을 나타내 주고 있다.

 

 

 

 

 

대한화학회회 http://new.kcsnet.or.kr/cheminfo_naming

유기화합물명명법.pdf

0.46MB

명명법2(유기화학).pdf

1.90MB

화합물명명원리.pdf

1.51MB