진도

이 과정에 대하여

얼음 조각을 녹여도 여전히 물입니다. 설탕을 차에 녹이면 설탕 분자는 그대로 설탕이고 퍼졌을 뿐입니다. 이런 것이 물리 변화입니다. 화학 변화는 늘 이전과 다른 물질을 만듭니다. 녹은 그것을 이룬 철, 산소, 물과 다른 물질입니다. 이 과정은 그런 변화를 거쳐도 변하지 않는 것, 곧 모든 원자에 대한 이야기입니다.

여섯 단원은 화학 반응이란 무엇인가, 화학 반응식 맞추기, 질량 보존, 반응의 종류, 반응의 에너지, 반응 속도입니다. 수소의 연소를 H₂ + O₂ → H₂O로 쓰고 세어 보면 왼쪽 산소 원자는 2개, 오른쪽은 1개뿐입니다. 산소 하나가 사라졌는데 그럴 수는 없습니다. 질량 보존은 몰로 계산한 예로 확인합니다. CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O에서 반응물의 합은 80.039g이고 생성물의 합도 80.039g입니다. 장작은 몇 kg인데 재는 훨씬 가볍고, 못은 녹슬면 더 무거워지는 까닭은 저울이 기체를 재지 않았기 때문입니다. 반응의 종류에는 단일 치환이 있습니다. 구리선을 질산은 용액에 넣으면 은 결정이 자라고 용액은 푸르게 변합니다. 실험실의 원자 수 막대는 반응마다 처음의 원자를 모두 그대로 가지고 있음을 보여 줍니다.

에너지와 속도가 과정을 마무리합니다. 생성물의 엔탈피가 반응물보다 작으면 ΔH가 음수이고 발열 반응입니다. 충돌 이론은 속도를 세 가지로 설명합니다. 입자가 만나야 하고, 알맞은 방향으로 만나야 하며, 활성화 에너지에 닿을 만큼 세게 부딪쳐야 합니다. 실험실의 입자 모형은 에너지 장벽을 낮춰 두어 반응이 몇 초 안에 나타나게 합니다.

시작하기 전에

이 강좌는 CH₄, Fe₂O₃ 같은 화학식으로 반응식을 씁니다. 그래서 원자와 분자가 무엇인지 알아야 하며, 원자와 화학 결합에서 다룹니다. 질량 보존 단원은 g/mol 단위 몰 질량도 쓰는데, 이는 화학 결합 강좌에서 소개합니다.

마치고 나면

Fe + O₂ → Fe₂O₃ 같은 반응식의 계수를 맞추고, 메테인이 탈 때 질량이 보존됨을 보이며, 반응을 합성, 분해, 단일 치환과 이중 치환, 연소, 산화 환원으로 나눌 수 있습니다. 메테인 2몰이 탈 때 나오는 열을 계산하고, 톱밥이 통나무보다 빨리 타는 이유와 냉장고에서 음식이 오래가는 이유도 설명할 수 있습니다.

관련 과정

물질의 상태
얼음은 왜 물에 뜨고, 높은 산에서는 왜 물이 90 °C에서 끓고, 주사기는 왜 누를수록 뻑뻑해질까요? 온도를 움직이며 입자가 결정으로 굳고, 액체로 미끄러지고, 기체로 흩어지는 모습을 보고, OpenStax와 NIST의 값으로 실제 가열 곡선과 보일 법칙을 따라가 봅니다.
원자
손에 닿는 모든 것은 원자로 되어 있습니다. 원자를 설명하는 세 가지 입자는 양성자, 중성자, 전자이지만 보통 수소에는 중성자가 없습니다. 수소부터 칼슘까지 원자를 3D로 만들어 보며 입자 수가 원자의 정체를 어떻게 정하는지 봅니다.
주기율표
지금까지 알려진 원소 118개가 18열 7줄짜리 표 한 장에 들어갑니다. 3D 타일을 질량, 크기, 전기 음성도에 따라 세워 보면 화학자가 날마다 쓰는 규칙이 언덕과 골짜기로 드러납니다.
화학 결합
소금은 왜 정육면체가 되고, 물 분자는 왜 굽어 있고, 구리는 어떻게 가는 선으로 늘어날까요? 분자 14개를 3D로 돌려 보며 공-막대 모형과 공간 채움 모형을 바꾸고, 물질의 성질을 정하는 결합각을 확인합니다.

이 과정의 출처 (14)

OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 law of conservation of matter, 1.3 chemical change (rust, combustion, cooking and rotting)
4.1 balancing by inspection (CH4 + 2O2, 2H2O to 2H2 + O2, 2N2 + 5O2 to 2N2O5)
4.2 precipitation (PbI2 from KI and Pb(NO3)2, AgCl insoluble)
redox (Na + Cl2, copper wire in silver nitrate)
combustion, 5.1 specific heat of water 4.184 J/g °C, 5.3 enthalpy (ΔH < 0 exothermic; ΔHc CH4 −890.8, H2 −285.8, ethanol −1366.8, methanol −726.1 kJ/mol; 1.00 L isooctane 33,100 kJ; ozone formation endothermic)
12.2 factors affecting rates (sodium and iron in air, calcium and sodium in water, sawdust, rate roughly doubles per 10 °C, phosphorus in pure oxygen, air about 20% oxygen, H2O2 decomposition)
12.5 collision theory and Arrhenius equation (R = 8.314 J/mol/K, catalytic converters)
12.7 catalysis and enzymes
NIST Chemistry WebBook methane ΔcH°gas −890.7 ± 0.4 kJ/mol (webbook.nist.gov)
NIST CODATA Avogadro constant 6.022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ exact (physics.nist.gov)
IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights (H 1.0080, C 12.011, N 14.007, O 15.999, Na 22.990, Ca 40.078, Fe 55.845, Sn 118.71; ciaaw.org)
ACS International Historic Chemical Landmark, The Chemical Revolution of Antoine-Laurent Lavoisier (acs.org, Traité élémentaire de chimie 1789, quotation on conservation of mass)
Lavoisier, memoir on the calcination of tin in closed vessels, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences for 1774, published 1777 (via web.lemoyne.edu/giunta/classicalcs/lavoisier.html)
PubChem sodium bicarbonate and acetic acid pages (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov).

확인한 날: 2026-10-17