답변 내역
- Ca에서의 전자배치와 오비탈 개념 설명안녕하세요.질문주신 것처럼 껍질별 최대 전자 수(K=2, L=8, M=18...) 규칙과 실제 전자 배치 순서가 다른 이유는 오비탈의 에너지 준위가 단순히 껍질 번호(n)로만 결정되지 않기 때문입니다.각 껍질은 주양자수로 구분되며, 그 안에는 오비탈 종류에 따라 s, p, d, f가 들어 있는데요 M껍질 자체로는 최대 18개까지 전자를 가질 수 있습니다. 하지만 실제로 칼슘(Ca, 원자번호 20)의 전자 배치를 보면 3d를 채우지 않고 4s부터 채우는데 여기서 핵심은 에너지 준위의 상대적인 높낮이입니다.오비탈의 에너지는 주양자수(n)뿐 아니라, 부양자수(l) 에도 영향을 받는데요 즉, n이 같더라도 s, p, d 오비탈의 에너지가 서로 다릅니다. 예를 들어, 실제 에너지 순서는 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s ...순으로 나타나며 이것이 바로 우리가 오비탈 채워 넣기 순서(Aufbau 원리) 라고 부르는 규칙입니다. 이를 “n+l 규칙”으로 표현되기도 하는데, n+l 값이 작은 오비탈이 먼저 채워지고, 같을 경우 n이 작은 오비탈이 먼저 채워지며 따라서 3d(=M껍질) 을 다 채우기 전에 4s(=N껍질) 을 먼저 채우게 됩니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.225.01명 평가10
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- 니켈에서 오비탈 개념 설명 해주세요오.안녕하세요.네, 질문해주신 것과 같이 니켈(Ni, 원자번호 28)의 전자 배치는 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁸ 인데요, 오비탈은 단순히 껍질 번호 순서대로 에너지가 높아지는 것이 아니라, 전자의 위치와 핵으로부터의 평균 거리, 차폐 효과, 전자 간 반발 등에 의해 에너지 준위가 달라집니다.이때 3d 오비탈은 주양자수 n=3이지만, d오비탈의 전자들은 핵으로부터 평균 거리가 더 크고,다른 전자들의 차폐 효과를 많이 받습니다. 반면 4s 오비탈은 n=4지만, 핵에 더 가까이 침투하여 실제로 핵의 인력을 더 강하게 받습니다. 따라서, 원자가 형성되기 전에서는 4s 오비탈의 에너지가 3d보다 약간 더 낮아서 4s가 먼저 채워집니다.하지만 전자가 다 채워지고 나면 에너지 관계가 바뀌는데요 니켈처럼 d오비탈에 전자가 들어가기 시작하면, d오비탈 전자들 간의 반발과 차폐가 달라져서 3d 오비탈의 에너지가 점차 낮아집니다. 그래서 이온화될 때는 4s 전자가 먼저 빠져나옵니다. 즉, 전자 채워질 때는 4s가 3d보다 에너지가 낮아서 먼저 채워지고 전자 빠질 때는 4s가 3d보다 에너지가 높아서 먼저 빠지는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.225.01명 평가00
- 흙탕물에 가루를 넣으면 먹을 수 있는 물이 되는 신기한 가루가 있던데 그게뭔가요??안녕하세요.유튜브에서 보신 흙탕물에 가루를 넣으면 맑아지는 장면은 응집, 정화과정을 보여주는 것인데요 그 가루는 일반적으로 응집제라고 불리며, 대표적인 예로 폴리염화알루미늄(PAC), 황산알루미늄(명반, alum), 그리고 최근에는 모링가 씨앗 가루 등을 들 수 있습니다. 이러한 물질들은 화학적 작용을 통해 부유물질을 서로 엉기게 만들어 가라앉게 하는 역할을 합니다.우선 흙탕물 속의 흙 입자, 점토, 유기물은 매우 미세하여 물속에서 음전하(-) 를 띠고 있는데요, 이 음전하들끼리는 서로 정전기적 반발력 때문에 잘 달라붙지 못하고 부유 상태로 남아 탁하게 보입니다. 그런데 응집제를 넣으면, 예를 들어 Al³⁺ 같은 양전하를 가진 이온이 물에 녹으면서음전하를 띤 입자들과 결합하여 전하를 중화시킵니다. 이때 전하가 중화된 입자들은 더 이상 서로 밀어내지 못하고 서로 엉겨 붙어 큰 덩어리를 형성하며 이 덩어리는 무거워져서 바닥으로 가라앉게 되며, 그 위에는 비교적 맑은 물이 남게 되는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.2200
- 겨울철 손난로를 흔들게 되면 열이 발생하면서 따뜻해지는 원리는?안녕하세요.질문해주신 것과 같이 겨울철에 사용하는 핫팩은 흔들면 따뜻해지는 대표적인 산화 발열 반응인데요, 이 현상은 주로 철(Fe) 이 산소(O₂) 와 반응하여 산화철(Fe₂O₃) 을 형성할 때 방출되는 열에너지 때문입니다. 손난로 속에는 다음과 같은 성분들이 들어 있습니다. 철 분말 (Fe), 소금 (NaCl), 활성탄, 질석, 소량의 물(H₂O)이 들어있는데요, 손난로를 흔드는 행위는 내부의 철 분말이 산소와 골고루 접촉하도록 섞는 과정입니다. 이때 공기 중의 산소가 철과 반응하기 시작하면서 산화철이 생성되고 열이 방출되는 것입니다.즉, 철(Fe)이 산소(O₂)에 의해 산화되어 삼산화이철(Fe₂O₃) 이 형성되며, 이 과정에서 결합 형성 에너지가 방출되어 열이 발생합니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.2200
- 금속 숟가락을 뜨거운 물에 넣으면 빠르게 뜨거워지지만, 나무 젓가락은 그렇지 않은 이유는?안녕하세요.금속 숟가락은 뜨거운 물에 닿자마자 빠르게 뜨거워지지만, 나무 젓가락은 그렇지 않은 이유는열전도율의 차이 때문입니다.금속은 금속 결합으로 이루어진 물질이며 금속 결합에서는 금속 원자들이 양이온이 되어 규칙적으로 배열되어 있고, 그 주위에 자유롭게 움직이는 전자가 전자 바다처럼 퍼져 있는데요, 이러한 자유 전자는 전하뿐 아니라 열에너지도 빠르게 전달할 수 있습니다. 즉, 금속에서는 전자가 자유롭게 움직이면서 열을 매우 빠르게 전달하므로, 숟가락 전체가 단시간에 뜨거워집니다.반면에 나무는 주로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등의 비금속성 유기 고분자로 이루어져 있는데요 이들은 공유 결합으로 연결되어 있으며, 전자가 각 원자 사이의 결합에 고정되어 있어서 자유 전자가 존재하지 않습니다. 따라서 전자 이동에 의한 열의 전달이 거의 일어나지 않고, 열은 분자 진동의 형태로만 느리게 전달됩니다. 이때 나무는 전자가 자유롭지 않기 때문에 열전도율이 매우 낮은 단열재 역할을 합니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.2200
- 계란을 삶아 흰자가 단단해지는 과정에서 화학 결합의 변화는?안녕하세요.계란을 삶을 때 흰자가 단단해지는 현상은 단백질의 변성과 응고과정으로 설명할 수 있는데요,평상시에는 결합들이 유지되어 단백질이 수용액 속에서 풀려 있는 유연한 상태를 유지합니다.다만 계란을 가열하면 열에너지가 단백질에 전달되어, 그 내부의 비공유적 결합인 수소 결합, 이온 결합, 소수성 결합 등이 끊어지게 됩니다.이로 인해 단백질이 원래의 3차 구조를 잃고 사슬이 풀려 버리는 현상이 일어나는데, 이를 단백질의 변성이라고 합니다. 이때 열로 인해 분자 진동 증가하고 수소 결합 및 이온 결합이 파괴되며 단백질이 풀리며 구조가 불안정해지고, 원래의 생리적 기능을 잃게 되는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.2200
- 빨래를 널 때 햇빛을 받으면 더 빨리 마르는 이유는 무엇인가요?안녕하세요.빨래가 햇빛을 받을 때나 바람이 불 때 더 빨리 마르는 현상은 물 분자의 증발과 관련된 에너지 변화 및 분자 간 인력의 끊어짐 때문인데요, 물은 수소 결합으로 강하게 결합된 극성 분자이므로, 액체 상태에서 증발하려면 이 결합을 끊어야 합니다. 즉, 물 분자가 증발하려면 주변 분자들로부터 수소 결합을 끊을 만큼의 에너지를 얻어야 하는데, 햇빛은 이 에너지를 제공합니다. 열에너지가 증가로 인해 물 분자 운동이 빨라지고 수소 결합이 끊어질 확률 증가하여 기체 상태로 증발하는 것이며, 따라서 햇빛을 받을수록 더 많은 분자가 결합을 끊고 공기 중으로 탈출하여 건조 속도가 빨라집니다.또한 증발이 일어나는 표면 근처에는 시간이 지나면서 물 분자가 공기 중으로 빠져나가 수증기가 포화된 얇은 층이 형성되며 이 층은 일종의 습한 막으로 작용하여, 더 이상 물이 증발하지 않게 방해합니다. 그러나 바람이 불면 이 포화된 공기층이 계속 제거되고, 그 자리에 건조한 공기가 새로 공급됩니다. 그 결과, 물 분자는 농도 구배에 의해 다시 기체 상태로 확산될 수 있게 되어, 증발 속도가 지속적으로 유지되는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.2200
- 엘레베이터 휀의 역할은 무엇인가요?!!!안녕하세요.질문해주신 엘리베이터 내부에 설치된 휀은 기본적으로 공기 순환과 환기를 위한 장치인데요 엘리베이터는 밀폐된 공간이기 때문에 내부 공기가 정체되기 쉽고, 특히 여름철이나 사람이 많이 탑승했을 때는 열과 이산화탄소가 빠르게 축적됩니다. 이때 휀이 작동하여 내부 공기를 순환시켜 쾌적한 환경을 유지하는 것이 핵심 역할입니다.우선 휀은 엘리베이터 내부 공기를 상하로 흐르게 하여 온도와 습도의 편차를 줄이고, 승객이 느끼는 답답함을 완화합니다. 엘리베이터 내부는 밀폐된 구조로 외부 공기 유입이 제한적이므로, 휀이 없을 경우 체열이나 호흡으로 인해 공기가 쉽게 탁해지기 때문입니다.또한 대부분의 엘리베이터는 천장 부분에 작은 환기구가 있어, 휀 작동 시 내부 공기를 외부로 조금씩 배출하고, 동시에 외부 공기가 유입됩니다. 즉, 휀은 단순히 내부 공기를 돌리는 것뿐 아니라, 외기와의 교환을 촉진하는 환기 기능도 수행합니다. 다만 이 환기량은 일반적인 환기 팬보다는 훨씬 작으며, 보조적인 수준의 환기라고 볼 수 있습니다.만약 엘리베이터가 멈추는 등 비상 상황이 생겼을 때, 휀이 작동 중이면 승객의 호흡 공기 순환을 돕는 중요한 안전 장치가 되는데요 일부 시스템에서는 정전 시에도 일정 시간 휀이 작동하도록 비상 전원(UPS) 이 연결되어 있습니다.마지막으로 엘리베이터의 에어컨이 작동하지 않는다면, 휀은 냉각 대신 공기 순환의 주된 역할을 하게 됩니다. 즉, 냉방 기능은 없지만 내부의 공기를 계속 움직여 줌으로써 체감 온도 상승을 어느 정도 완화하며 이 경우 실제 온도를 낮추지는 못하지만, 정체된 더운 공기를 분산시켜 답답함을 줄이는 효과가 있습니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.2200
- 초콜릿이나 버터를 녹였다가 식히면 하얀 얼룩이 생기는 원리는?안녕하세요.초콜릿이나 버터를 녹였다가 식히면 표면에 하얗게 얼룩진 층이 생기는 현상은, 지방이 재결정화되는 과정에서 지방의 결정 구조가 불안정하게 변하기 때문이며 이 현상은 일반적으로 ‘지방 블룸’이라고 부릅니다.지방은 여러 가지 결정형태를 가질 수 있는데요, 이는 지방 분자의 배열 방식에 따라 α형, β′형, β형 등으로 구분되며, 각각의 안정성과 녹는점이 다릅니다. α형은 매우 불안정하며, 빠르게 형성되지만 녹는점이 낮고 β′형은 중간 정도의 안정성을 가지며, 일반적인 유지에서 자주 나타납니다. β형은 가장 안정적인 결정 구조이며, 녹는점이 가장 높고 표면이 매끄럽습니다.이때 초콜릿을 구성하는 코코아버터는 약 6가지 결정형이 존재하며 그중 제5형(β₂형) 구조가 가장 바람직한 형태로, 부드럽고 윤기 나는 초콜릿 표면을 만듭니다. 그러나 초콜릿을 녹였다가 급격히 식히거나, 보관 온도가 높았다 낮아지는 등 불안정한 조건에서는 이 구조가 무너져 덜 안정적인 결정(β₁형 등) 으로 바뀌게 됩니다. 그 결과, 일부 지방이 표면으로 이동해 굳으면서 하얗게 결정화된 지방층이 생기는 것이며 이것이 바로 지방 블룸으로, 맛과 위생에는 큰 문제가 없지만 식감과 외관이 손상됩니다. 감사합니다.학문 / 화학25.10.2200
- 믹스 커피 지방 분해 실험ㅡㅡㅡㅡㅡㅡ안녕하세요.말씀하신 믹스커피의 프림과 지방 분해 음료의 관계를 보면 믹스커피에 들어 있는 프림은 진짜 우유지방이 아니라, 인공적으로 만든 유사지방 성분인데요 대체로 식물성 지방(팜유 등)이 주된 지방 성분이고 유화제는 지방이 물에 잘 섞이게 하며 카제인나트륨은 우유 단백질, 유화 안정제 역할을 합니다.즉, 프림은 지방 방울을 미세하게 쪼개서 물속에 분산시킨 유화 상태이므로 그래서 커피에 잘 섞이고, 하얗게 보입니다.시중의 지방 분해 음료라는 것은 실제로 화학적으로 커피 속 지방을 즉시 분해하는 물질이 아닌데요 대부분 카페인, L-카르니틴, 가르시니아(하이드록시시트릭산) 등의 성분이 들어 있는데, 이는 사람 몸속에서 지방 대사를 촉진하는 생리적 작용을 할 수 있을 뿐 커피 잔 속에서 지방을 화학적으로 분리해내지는 않습니다. 만약 실험실에서 진짜로 지방을 분해하는 물질을 사용한다면 리파아제라는 효소나 염기성 비누화 반응용 수산화나트륨(NaOH) 같은 화학물질이 필요합니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.10.2100