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일반화학 통합과정
조성제 교수
서울대학교 대학원 무기재료공학과 석사과정
KAIST 대학원 신소재공학과 박사졸업
서울대학교 대학원 무기재료공학과 석사과정
KAIST 대학원 신소재공학과 박사졸업
서울과학기술대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 21개 챕터, 63강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 일반화학 오리엔테이션
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일반화학 1, 2 강의 개요 및 학습 전략
• 일반화학 기초: 원자론, 화학 양론, 기체 특성, 열화학, 원자 구조 및 주기성, 화학 결합과 오비탈 이론으로 물질의 기본 원리 이해 • 반응 동역학 및 평형: 반응 속도론(small k), 화학 평형(large K), 깁스 자유 에너지, 산-염기 및 전기화학 원리 심층 분석 • 핵화학 및 심화 연결: 주족/전이 금속 특성, 배위 화학, 생체 빌딩 블록(탄수화물, 지방, 단백질, 핵산) 학습으로 유기 및 생화학 기초 확립 |
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| 1장. 화학의 기초(Chemical Foundations) | ||
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[2강] 화학의 기초(1)
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화학의 기초: 정의, 과학적 방법, SI 단위 및 측정의 불확실성, 유효 숫자
• 화학 기초: 물질의 구성 및 현상 탐구, 과학적 방법론의 관찰-가정-법칙-이론 체계로 연구 절차 확립 • SI 단위계: 우주 표현의 7가지 기본 단위와 2018년 양자역학 기반 최신 정의(kg, K, mol, A) 및 접두사 사용 원칙 이해 • 측정 신뢰성: 우연·계통 오차, 정밀도·정확도 구분, 데이터 해상도를 나타내는 유효 숫자 판정 및 계산 규칙 적용 |
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[3강] 화학의 기초(2)
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화학의 기초(2): 유효숫자, 단위, 온도, 밀도, 물질 분류 및 크로마토그래피
* 유효숫자 개념: 측정값 정밀도와 계산 규칙(로그/지수 포함) 적용 및 단위 변환 원리 학습 * 온도 및 밀도: 섭씨, 화씨, 켈빈 온도 단위 변환과 밀도(질량/부피) 정의로 물질 특성 이해 * 물질 분류 및 분리: 혼합물, 순물질(원소/화합물) 분류와 크로마토그래피(HPLC 포함) 등 혼합물 분리 기술 습득 |
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| 2장. 원자, 분자와 이온(Atoms,Molecules,and Ions) | ||
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[4강] 원자, 분자와 이온(1)
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원자, 분자, 이온의 기초
• 물질의 기본 법칙: 질량 보존, 일정 성분비, 배수 비례 법칙 등 고대 철학에서 현대 원자론까지 물질 구성과 화학 반응 원리 이해. • 원자 구조 규명 실험: 톰슨의 전자, 밀리컨의 전하량, 러더퍼드의 핵, 체드윅의 중성자 발견을 통한 원자 내부 구성과 구조 정립. • 현대 원자론 및 표기법: 양성자, 중성자, 전자의 특성, 원자 기호 표기법, 핵의 안정성 원리 분석. |
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[5강] 원자, 분자와 이온(2)
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화학식과 주기율표의 이해
• 화학식 유형: 실험식, 분자식, 시성식, 구조식 등 원자의 구성과 결합 특성을 표현하는 방법론 이해 • 주기율표 구조: 원소의 주기적 특성, 족별(알칼리, 할로젠 등) 화학적 성질 및 이온 형성 경향 분석 • 전이금속/f-블록 원소: 아우프바우 원리에 따른 전자 배치와 다양한 산화 상태 및 화학적 기능 학습 |
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[6강] 간단한 화합물의 명명법
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간단한 화합물의 명명법: 규칙 및 적용
• **단원자 이온 명명법**: 원소명 기반 양이온/음이온에 '-화', '-ide' 접미사를 적용하여 기본적인 화합물 명칭 및 화학식을 구성. • **다원자 이온 및 전이금속 명명법**: 산소산 이온의 산소수(과-, 아-, 차아-, -ate, -ite) 및 전이금속의 산화수(로마 숫자)를 통해 복합 화합물을 명명하고 분석. • **화합물 명명 규칙**: 주기율표 원소 특성과 특수 이온(수산화, 사이안화 등) 명명법을 종합 적용하여 정확한 화학 명명 능력을 완성. |
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| 3장. 화학량론 Stoichiometry | ||
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[7강] 화학량론(1)
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화학량론(1): 몰, 원자 질량 계산 및 조성 백분율
• 몰: 아보가드로 수 기반 물질 양 단위로, 질량-몰-개수 상호 변환의 핵심 원리. • 원자 질량: $^{12}$C 기준 상대 질량 체계 및 동위원소 비율을 이용한 평균 원자 질량 계산. • 몰 질량 및 조성 백분율: 화합물 몰 질량 계산과 각 원소의 질량 비율 산정 방법. |
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[8강] 화학량론(2)
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화학량론(2): 화합물 화학식 결정 및 반응식 계산
* 화합물 화학식 결정: 조성백분율, 원자량, 몰 질량을 활용한 실험식 및 분자식 도출 절차. * 화학 반응식 균형: 질량 보존 법칙 기반 원자 수 일치와 최소 정수 계수 설정 및 몰 비율을 통한 화학량론 계산. * 한계 반응물 개념: 반응물 중 먼저 소모되어 최대 생성물을 결정하며, 수득백분율 계산의 기준. |
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| 4장. 화학반응의 종류와 용액의 화학량론 Types of chemical reactions and solution stoichiometry | ||
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[9강] 화학반응의 종류와 용액의 화학량론(1)
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화학반응의 종류와 용액의 화학량론 (1)
• 물 및 수용액: 극성 용매 특성과 전해질 분류를 통한 용액의 전기 전도성 이해. • 용액 농도 개념: 몰농도, 몰랄농도 등 주요 농도 정의, 계산 원리 및 희석 과정 적용. • 화학 반응 유형: 침전 반응, 산-염기 반응의 개념, 반응식(분자/이온/알짜) 표기법, 적정 원리 및 계산. |
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[10강] 화학반응의 종류와 용액의 화학량론(2)
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산화-환원 반응 및 균형반응식
• 산화-환원 반응: 산화수 변화 기반 전자 이동 개념, 산화제·환원제 정의 및 역할 파악. • 산화수 파악 및 균형반응식: 원소별 산화수 결정 규칙, 수용액 환경에서 H₂O, H⁺/OH⁻ 활용 원자·전하 균형 절차. • 결정장 이론: 전이금속 d 오비탈 에너지 준위 분리 원리 및 보색 활용 색 변화, 산화-환원 적정 지시약 활용. |
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| 5장. 기체 Gases | ||
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[11강] 기체 (1)
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기체 특성 및 법칙 이해
• 기체 압력 정의: 단위 면적당 힘으로, 보일, 샤를, 아보가드로 법칙은 기체의 기본 변수(압력, 부피, 온도, 몰수) 간의 관계를 규정함. • 이상기체 법칙($PV=nRT$): 보일, 샤를, 아보가드로 법칙을 통합하여 기체 상태를 기술하며, 기체 화학양론은 STP 조건에서 몰 부피(22.4L)를 활용하여 반응을 분석함. • 돌턴의 분압 법칙: 기체 혼합물의 전체 압력을 각 성분 기체의 부분압력 합으로 정의하며, 몰분율과의 관계를 통해 혼합 기체 행동을 분석함. |
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[12강] 기체 (2)
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일반화학 기체: 분자 운동론 및 실제 기체
• 기체 분자 운동론: 이상 기체 가정을 기반으로 분자 운동 에너지와 온도의 비례 관계를 설명. • 그레이엄 분출 법칙 및 실제 기체: 분자량에 따른 분출 속도 관계를 규명하고, 반데르 발스 방정식으로 실제 기체의 인력 및 유한 부피 보정. • 대기 오염: 화석 연료 연소로 인한 SOx, NOx 등 주요 오염 물질 발생과 산성비 형성 과정을 분석. |
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[13강] 기체 (3)
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에너지의 본질, 엔탈피와 열량계, Hess 법칙
• 열역학 기본 개념: 에너지 보존 법칙을 통한 내부 에너지와 엔탈피의 정의 및 상태/경로 함수로 열-일 관계 분석 • 엔탈피와 열량계: 발열/흡열 반응 엔탈피 측정 원리, 물질의 열용량(비열, 몰 열용량) 및 미시적 열 저장 특성 이해 • Hess 법칙 및 자발성: 엔탈피의 상태 함수 특성을 활용한 반응 엔탈피 예측과 열역학 제2법칙 및 Gibbs 자유 에너지의 자발성 기준 적용 |
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[14강] 기체 (4)
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표준 생성 엔탈피 및 에너지 자원
• 표준 생성 엔탈피: 표준 상태 정의와 원소별 0이 되는 조건, 헤스의 법칙을 활용한 반응 엔탈피 계산 원리 • 열량계: 단열 시스템 온도 변화를 이용한 반응열 측정, 발열/흡열 반응 엔탈피 부호 결정 • 에너지 자원: 화석 에너지의 환경 문제, 그린/블루 수소 연료 및 바이오 에탄올 등 미래 에너지 기술 분석 |
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[15강] 카노사이클
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카노 사이클과 엔트로피
• 카노 사이클: 이상적인 열기관의 효율을 최대화하는 등온 및 단열 팽창/수축 4단계 가역 과정으로, 열과 일 출입 분석. • 엔트로피 개념: 클라우시우스가 카노 사이클 연구를 통해 도입한 열역학적 무질서도 지표로, 반응의 자발성과 시간의 흐름 설명. • 우주 엔트로피 증가: 모든 비가역적 자발 과정에서 우주의 총 엔트로피가 항상 증가한다는 열역학 제2법칙의 핵심 원리. |
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| 7장. 원자구조와 주기성 Atomic structure and periodicity | ||
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[16강] 현대물리학
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현대물리학과 원자구조: 양자역학적 오비탈 이해
• 현대물리학과 양자역학: 원자 구조 이해를 위한 드 브로이 물질파의 파동-입자 이중성 원리 및 주요 과학자 기여. • 슈뢰딩거 방정식과 양자수: 전자의 에너지 준위, 오비탈 크기·모양·방향·스핀을 결정하는 주양자수, 방위 양자수, 자기 양자수, 스핀 양자수 정의. • 원자 오비탈과 마디: 전자가 존재할 확률이 0인 마디(각 마디, 방사상 마디)의 수와 형태로 s, p, d, f 오비탈의 전자구름 모양 예측 원리 설명. |
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[17강] 원자구조와 주기성(1)
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원자 구조 및 양자역학적 모델 개요
• 양자역학 태동: 고전역학의 한계(광전 효과, 원자 스펙트럼, 흑체 복사)를 인지하며 빛의 입자성(광자) 및 에너지 양자화 개념 도입. • 보어 모델: 양자화된 에너지 준위와 선 스펙트럼을 설명하며 슈뢰딩거 방정식을 통해 원자 오비탈 및 양자수 개념으로 발전. • 양자수 및 오비탈: 주양자수(n)는 에너지/크기, 방위 양자수(l)는 모양, 자기 양자수(ml)는 공간적 배향을 결정하는 전자 구름 모델의 핵심 원리. |
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[18강] 원자구조와 주기성(2)
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원자구조와 주기성: 양자수, 오비탈, 주기적 특성
• 양자수 및 오비탈: 전자의 에너지, 모양, 배향을 결정하는 양자수 개념과 노드, 확률 밀도 분포를 통한 오비탈 구조 이해. • 전자 배치 원리: 파울리 배타 원리, 아우프바우 원리, 훈트 규칙 기반 다전자 원자의 에너지 준위별 전자 배치 절차 및 축퇴 현상 분석. • 원자 주기적 특성: 이온화 에너지, 전자 친화도, 전기음성도, 원자/이온 반지름 등 핵심 특성의 주기율표상 경향성 및 예외 원리 탐구. |
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| 8장. 결합 : 일반 개념 Binding:General concepts | ||
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[19강] 결합 : 일반 개념(1)
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• 화학 결합 기본 원리: 이온, 공유, 금속 결합을 통해 원자 간 안정성 및 분자 구조 형성 이해.
• 결합 극성 및 전기음성도: 전기음성도와 쌍극자 모멘트로 결합의 극성, 이온성, 분자 특성을 분석. • 화학 반응 에너지: 격자 및 공유 결합 에너지와 본-하버 사이클로 반응 엔탈피를 정량 계산. |
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[20강] 결합 : 일반 개념(2)
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결합 일반 개념 (2): 루이스 구조와 VSEPR 모델
• 루이스 구조: 최외각 전자와 원자가 전자를 활용한 분자 결합 및 전자쌍 배치 원리 • 옥텟 규칙 예외 및 공명 구조: 형식 전하를 통해 안정성을 평가하고 실제 전자 분포를 설명하는 핵심 개념 • VSEPR 모델: 중심 원자 전자쌍 반발력(입체수)을 최소화하여 분자의 기하학적 구조를 예측하는 원리 |
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[21강] 결합 : 일반 개념(3)
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VSEPR 이론을 통한 분자 구조 예측 심화
• VSEPR 이론: 원자가껍질 전자쌍 반발력을 기반으로 분자의 입체구조를 예측하는 핵심 원리. • 비공유전자쌍과 입체수: 공유전자쌍보다 큰 반발력으로 결합각 및 분자 모양을 결정하며, 각 입체수(SN3~SN7)에 따라 다양한 구조 변화를 분석. • 분자 구조 예측: 루이스 구조의 한계를 넘어 VSEPR을 통해 분자의 입체구조와 대칭성을 파악하여 분자의 극성(쌍극자 모멘트) 여부를 판단하는 필수 과정. |
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| 9장. 공유결합:궤도함수 Covalent Bonding: Orbitals | ||
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[22강] 공유결합:궤도함수(1)
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공유결합: 혼성화와 편재 전자 모형
* 혼성화 이론: 라이너스 폴링의 원자 궤도함수 재배치 개념으로, 분자 결합과 입체 구조를 이해하는 핵심 원리. * $sp^3, sp^2, sp$ 혼성화: 단일, 이중, 삼중 결합 내 $\sigma/\pi$ 결합 구성 및 각 유형별 분자 기하학적 구조를 설명. * $d$-오비탈 참여 혼성화: $dsp^3, d^2sp^3$ 유형으로 확장된 옥텟 분자의 혼성화와 $I_3^-, XeF_4$ 같은 복합 분자 구조를 예측. |
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[23강] 공유결합:궤도함수(2)
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공유결합: 분자 궤도 모델과 동핵 이원자 분자
* 분자 궤도 모델 (MO 모델): 루이스 구조의 한계를 극복하기 위해 원자 궤도 함수 선형 결합(LCAO)을 통해 분자 결합을 양자역학적으로 설명. * MO 이론 적용: 동핵 이원자 분자의 MO 에너지 준위 순서 분석으로 결합 차수 및 자성 예측, 특히 산소 분자의 상자성 규명. * 질소 분자 특성: 강력한 삼중 결합 기반의 낮은 반응성과 질소 고정, 하버-보쉬 공정 등 생명 및 산업 분야의 중요성 이해. |
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[24강] 공유결합:궤도함수(3)
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공유결합: 궤도함수 및 비편재 전자 시스템
• 분자 궤도 이론: 동핵/이핵 이원자 분자의 결합 차수, 자기성, MO 에너지 분열 방식을 결정. • 비편재 전자쌍: 공명 구조 및 컨주게이션을 통해 전자의 분포와 유기 화합물의 색상 및 반응성에 영향. • VSEPR 이론: 분자 구조 및 극성 예측; 혼성 궤도 이론: 분자 구조 및 결합력 설명. |
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| 10장. 액체와 고체 Liquids and solids | ||
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[25강] 액체와 고체(1)
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액체와 고체의 분자 간 힘 및 결정 구조
* **분자 간 힘:** 수소 결합 및 반데르발스 힘(런던 분산력 등)을 통한 액체·고체 응축상 형성 원리 및 물리적 특성 결정. * **액체 표면 장력 & 결정 구조 분석:** 표면 분자 에너지 불균형에 따른 액체 표면적 최소화 현상, X선 회절과 브래그 법칙을 활용한 고체 결정 구조 해석. * **금속 입방 결정 구조:** 단순(SC), 체심(BCC), 면심(FCC) 구조의 단위 세포, 원자 수, 격자 상수-원자 반지름 관계, 원자 채움 효율(APF), 밀도 계산 방법 학습. |
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[26강] 액체와 고체(2)
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액체와 고체 (2): 금속, 탄소 동소체, 이온성 고체
• 에너지띠 이론: 도체·반도체·부도체는 띠 간격에 따라 전기적 특성이 결정되며, 반도체는 도핑으로 전도도를 제어. • 탄소 동소체: 다이아몬드, 흑연, 그래핀, 나노튜브, 플러렌 등 구조별 고유 특성 및 첨단 응용 분야를 학습. • 고체 유형별 특성: 분자성 고체는 약한 분자간 힘, 이온성 고체는 배위수와 반지름 비로 결정 구조 안정성 예측. |
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[27강] 액체와 고체(3)
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액체와 고체 (3): 상변화 및 상평형도
* 단위 세포 구조 및 고체 분류: 염화소듐(NaCl) 단위 세포 구조 이해 및 원자성, 분자성, 이온성 고체 분류. * 증기압 및 상변화 원리: 클라우시우스-클라페이론 방정식을 활용한 증기압 관계 분석 및 열 출입 개념 학습. * 상평형도 분석: 삼중점, 임계점, 물의 특이성(음의 기울기) 및 과냉각·과열 현상 이해. |
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| 11장. 용액의 특성 Properties of solutions | ||
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[28강] 용액의 특성(1)
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용액의 특성: 조성과 형성 에너지
* 용액 개념: 용질과 용매로 구성된 균일 혼합물이며, 몰농도, 몰랄농도, 노말농도 등 다양한 농도 단위로 조성 표현 * 농도 단위 관계: 몰농도와 몰랄농도의 온도 의존성 차이 및 밀도 기반 상호 전환, 노말농도의 산염기·산화환원 당량 개념 적용 * 용액 형성 에너지: 용질·용매 팽창(흡열) 및 혼합(발열) 3단계 엔탈피 변화 분석, 총 용해열과 수화 엔탈피 정의 |
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[29강] 용액의 특성(2)
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용액의 특성 (2) - 용해도, 증기압, 이상/비이상 용액
• 용액의 용해도: 분자 구조, 압력, 온도가 기체 및 고체 용해도에 미치는 영향 분석. • 헨리 법칙 & 라울 법칙: 기체 용해도와 용액 증기압 강하를 정량화하는 원리 및 공식. • 이상/비이상 용액: 용질-용매 상호작용에 따른 증기압 거동 및 엔탈피 변화 특성 분류. |
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[30강] 용액의 특성(3)
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10
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용액의 특성: 총괄성과 콜로이드
* 총괄성 개념: 용질 개수에만 의존하는 용액의 증기압 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압 등 물리적 성질 원리 및 계산식 학습 * 반트호프 인자: 전해질 용액 내 이온화 정도를 반영하여 총괄성 계산에 적용하는 계수 파악 * 콜로이드 특성: 1-1000nm 입자 분산 상태, 틴달 현상(빛 산란), 열/전해질에 의한 응집 원리 이해 |
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| 12장. 화학반응 속도론 Chemical kinetics | ||
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[31강] 화학반응 속도론(1)
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화학 반응 속도론(1): 반응 속도와 속도식
• 화학 반응 속도론: 반응 속도 정의, 속도식 구성, 열역학적 진행 방향과의 개념적 차이 이해 • 미분/적분 속도식: 0차, 1차, 2차 반응의 농도-시간 관계를 표현하는 속도식 유도 및 활용 • 반감기 특성: 각 반응 차수별 반감기의 초기 농도 의존성 분석을 통한 반응 차수 식별 원리 파악 |
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[32강] 적분 속도 법칙 (2), 반응메커니즘
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적분 속도 법칙과 반응 메커니즘
• 반응 차수 및 속도 상수: 실험 데이터 기반 결정 원리 및 반감기를 통한 반응 속도 분석 • 반응 메커니즘: 단일 단계 반응 구성과 속도 결정 단계(RDS)의 역할 이해 • 중간체 처리 및 메커니즘 유효성: 빠른 평형 가정을 통한 중간체 제거 및 타당성 검증 기준 |
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[33강] 화학반응 속도론의 모형, 촉매작용
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화학반응 속도론: 모형, Arrhenius 식 및 촉매 작용
* 화학 반응 속도론: 충돌 모형 기반 반응 속도 형성 원리 및 활성화 에너지, 전이 상태 개념 정의. * Arrhenius 식: 반응 속도 상수(k)의 온도 의존성 및 활성화 에너지(Ea) 계산 방식 제시. * 촉매 작용: 활성화 에너지 감소를 통한 반응 속도 촉진 메커니즘 및 균일·불균일 촉매 작용 과정 요약. |
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| 13장. 화학평형 Chemical Equilibrium | ||
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[34강] 화학평형 (1)
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화학 평형의 기본 개념과 평형상수
* 화학 평형 및 K: 정반응/역반응 속도가 동일한 동적 상태, 평형상수 K는 온도에만 의존하며 반응의 정량적 상태를 정의. * 평형상수 K 응용: 기체 반응의 압력 평형상수 Kp는 Kc와 이상기체 방정식으로 연관되며, 불균일 평형 시 순수 고체/액체는 1로 처리. * 반응 지수 Q: 임의 시점의 농도/압력 비율로, 평형상수 K와 비교하여 반응의 평형 도달 방향을 예측. |
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[35강] 화학평형 (2)
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평형상수의 응용 및 평형 문제 풀이, 르 샤틀리에 원리
• 평형상수(K)는 반응의 열역학적 방향을, 속도상수(k)는 속도론적 진행 가능성을 정의하며, 반응지수(Q)와 K의 비교로 반응 방향을 정량 예측. • 평형 문제 풀이는 전-반-후(ICE) 표를 활용하여 평형 상태의 농도/압력을 계산하는 절차이며, 몰 농도 적용과 고체/액체 제외가 핵심. • 르 샤틀리에 원리: 농도, 압력, 온도 변화에 따른 평형의 이동 방향을 정성적으로 예측하고, K값 변화를 이해하는 핵심 원리. |
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| 14장. 산과 염기 Acids and Bases | ||
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[36강] 산과 염기(1)
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산과 염기의 성질 및 pH 계산
* 산과 염기 개념: 아레니우스, 브랜스테드-로우리의, 루이스 정의로 분류하고, 강산·약산 세기와 짝산-짝염기 관계를 이해. * 물의 이온곱 상수 ($K_w$): 물의 자가 이온화 과정에서 정의되며, 온도 변화에 따른 $K_w$ 및 중성 pH 변화 원리 학습. * pH 척도 및 강산 pH 계산: $pH = -\log[H^+]$ 공식으로 수소 이온 농도를 정량화하고, 묽은 강산 용액에서 물의 이온화 영향 고려. |
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[37강] 산과 염기(2)
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센산 및 약산 용액의 pH 계산과 염기의 특징
• 산염기 정의: 강산, 약산, 강염기, 약염기 특성과 평형 상수($K_a, K_b, K_w$)의 역할 및 온도에 따른 중성 pH 변화 원리. • 약산 pH 계산: 5% 근사법 적용 조건, 공통 이온 효과에 따른 해리 억제 및 해리 백분율과 농도 관계 분석. • 짝산-짝염기 관계: $K_a \times K_b = K_w$를 통한 평형 상수 간의 연관성 및 상호 변환 원리 이해. |
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[38강] 산과 염기(3)
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염기 및 다양성자산, 염의 산-염기 성질
* 약염기 pH 계산: $K_a/K_b$ 관계와 평형 계산을 통한 수용액의 pH 결정 원리 이해. * 다양성자산 평형: 다단계 해리 상수($K_a$ 감소)를 활용한 인산, 황산 등 화학종 농도 및 pH 계산. * 염의 산-염기 성질: 구성 이온($K_a, K_b$ 관계)에 따른 수용액 pH 예측 및 가수분해 계산. |
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[39강] 산과 염기(4)
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염의 산-염기 성질, 구조 영향 및 Lewis 산-염기 모형
* 염의 산-염기 성질: 금속 이온 염의 산성 발현 원리 및 pH 계산, 짝산·짝염기 강도 비교를 통한 수용액의 산-염기성 예측. * 분자 구조와 산성도: 모노프로틱, 옥소산, 옥시산에서 원자 반지름, 전기음성도, 산소수에 따른 산성도 변화 원리 분석. * Lewis 산-염기 모형: 전자쌍 받개(Lewis 산)와 주개(Lewis 염기) 정의, 배위결합 형성 및 산화물의 산-염기 경향 분석. |
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| 15장. 산-염기평형 Acid-Base Equilibria | ||
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[40강] 산-염기평형 (1)
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공통이온 효과, 완충 용액 및 적정 곡선
• 공통이온 효과: 약산/약염기 평형에서 짝염기/짝산 첨가 시 해리 억제 및 pH 변화 원리 분석. • 완충 용액: pH 변화 저항 용액 정의, Henderson-Hasselbalch 식을 활용한 pH 계산 및 완충 용량 개념 이해. • 적정 및 pH 곡선: 미지 농도 분석 절차, 당량점/종말점 구분 및 산-염기 종류별 당량점 pH 변화 파악. |
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[41강] 산-염기평형 (2)
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적정과 pH 곡선: 강산-강염기 및 약산-강염기 적정 계산과 원리
• 적정 개념 및 몰 계산: 산-염기 중화 원리 기반 pH 변화 관찰, 정확한 몰 계산 필수; 강산-강염기 적정: 당량점 pH 7, 완충 구간 없는 급격한 pH 변화 특징. • 약산-강염기 적정: 당량점 pH가 7 초과하며, 완충 영역에서 헨더슨-하셀발크 식을 활용한 pH 계산이 중요함. • 완충 작용: 약산의 짝염기 생성 및 르샤틀리에 원리로 pH 변화 억제; 적정 곡선 분석: 완충 유무와 당량점 pH를 통해 적정 유형을 판단. |
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[42강] 예제, 산-염기 지시약
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산-염기 적정 및 지시약
• 산-염기 적정: 약산-강염기 및 약염기-강산 적정 과정의 pH 변화, 당량점별 주요 화학종 분석 및 계산 원리. • pH 계산: 적정 단계별 화학량론(몰)과 평형 상수(몰농도) 적용, 짝산-짝염기 관계를 통한 $K_a, K_b$ 활용. • 산-염기 지시약: pH에 따른 색 변화 원리(컨주게이션), 적정 당량점 pH에 부합하는 pKa 지시약 선택 기준. |
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[43강] 다양성자산 적정
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다양성자산 적정: 개념 및 응용
• 다양성자산 적정: 다단계 해리 특성으로 다중 당량점, 완충 영역 및 지배종 변화를 분석 • 핸더슨-하셀바흐 공식: 해리 상수를 활용하여 적정 곡선상 pH, 화학종 농도 및 분율 계산 • 다양성자산 적정 응용: 화학적 분리·정제, 생체·환경 시스템, 재료 과학에서 화학종 거동 예측 및 제어 |
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| 16장. 용해도와 착이온 평형 Solubility and Complex Ion Equilibria | ||
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[44강] 용해도평형과 용해도곱 (1)
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용해도 평형과 용해도곱 (1)
* 용해도곱 상수 (Ksp) 정의: 약전해질 고체의 해리 평형을 나타내는 불균일 평형 상수로, 온도에만 의존하는 열역학적 값 * Ksp와 용해도(S) 관계: 고체의 화학양론에 따른 Ksp 계산 및 용해도(S)의 정량적 관계 분석 * 공통 이온 효과: 르샤틀리에 원리에 따라 난용성 염의 용해도를 감소시키는 원리 이해 및 침전 반응 응용 |
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[45강] 용해도평형과 용해도곱 (2), 침전과 정성분석
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용해도 평형과 침전 및 정성 분석
* pH와 용해도 평형: 공통 이온 효과 및 르샤틀리에 원리를 이용한 산-염기 화학종의 용해도 변화 분석. * 침전 발생 예측: 반응 지수 $Q$와 용해도곱 $K_{sp}$ 비교를 통한 침전 여부 판단 및 ICE 테이블로 평형 농도 계산. * 선택적 침전과 응용: $K_{sp}$ 차이 및 pH 조절을 활용한 금속 이온 분리, 정성 분석 및 도시 광산 적용. |
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[46강] 착이온과 관련된 평형
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착이온 평형과 큰 형성 상수 계산
• 착이온 형성 평형: 금속 이온과 리간드의 배위결합으로 형성되며, 형성 상수(Kf)가 매우 큰 특성을 가짐. • 큰 형성 상수(Kf) 계산 전략: 반응이 거의 완결되어 최종 착이온이 형성된 후, 역반응을 이용하여 미량 종의 평형 농도 산출. • 평형 농도 산출: 자유 금속 이온과 중간 단계 착이온의 극히 낮은 농도를 역산 방식으로 도출하며, 일반 평형 계산과 차별화. |
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| 17장. 자발성, 엔트로피 및 자유에너지 Spontaneous process, entropy, and free energy | ||
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[47강] 자발성, 엔트로피 및 자유에너지(1)
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자발성, 엔트로피 및 자유 에너지
• 자발적 과정: 외부 개입 없이 스스로 일어나는 현상으로, 시스템의 무질서도(엔트로피) 증가 및 깁스 자유 에너지 감소 경향을 가짐. • 엔트로피: 시스템의 무질서도 및 확률 척도로, 열역학 제2법칙에 따라 자발 과정에서 우주 엔트로피는 항상 증가. • 깁스 자유 에너지($\Delta G$): $\Delta H - T\Delta S$로 정의되며, 엔탈피($\Delta H$), 엔트로피($\Delta S$), 온도($T$)의 경쟁 관계를 통해 반응의 자발성을 예측하는 핵심 척도. |
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[48강] 자발성, 엔트로피 및 자유에너지(2)
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일반화학: 자발성, 엔트로피 및 자유에너지 (2)
• 엔트로피 개념: 화학 반응의 자발성을 예측하며, 열역학 제2·3법칙으로 절대 기준과 우주 엔트로피 증가 원리 확립. • 깁스 자유에너지: 반응의 자발성 판단 기준이며, 엔탈피 및 엔트로피 변화를 통해 계산하는 평형 상태 지표. • 자유에너지-평형 상수: $\Delta G^\circ = -RT \ln K$ 관계식으로 평형 상수를 예측하며, van't Hoff 방정식으로 온도 의존성 설명. |
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| 18장. 전기화학 Electrochemistry | ||
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[49강] 전기화학 (1)
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전기화학: 갈바니 전지 및 표준 환원 전위
* 전기화학 원리: 화학-전기 에너지 상호 전환 및 갈바니 전지의 자발적 산화-환원 반응 전류 생산 기능. * 전극 및 전위 정의: 산화전극(아노드)과 환원전극(캐소드)의 역할, 전지 전위($E^\circ_{\text{cell}} = E^\circ_{\text{cathode}} - E^\circ_{\text{anode}}$) 계산, 표준 수소 전극(SHE)의 0V 기준점 설정. * 반쪽 반응식 및 특성: 산화-환원 반쪽 반응식 균형 맞추기 절차, 염다리를 통한 전하 중성 유지, 전압의 반응 양 독립적 강도성 속성 이해. |
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[50강] 전기화학 (2)
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전지전위, 전기적 일, 자유에너지 및 농도 의존성
• **전기화학 기초 개념:** 표준 환원 전위로 전지 기전력을 계산하고, 갈바니 전지 선 표시법을 통해 전지 구성 요소를 표현하는 원리 학습. • **전기적 일과 자유 에너지 관계:** 깁스 자유 에너지($\Delta G = -nFE$)로 전기화학 반응의 자발성을 판단하며, 전기적 일과의 상호 관계를 분석. • **Nernst 방정식 및 응용:** 농도 의존성을 반영한 비표준 조건 전지 전위 계산, 농도차 전지 원리 및 이온-선택성 전극(pH 미터) 응용 사례 파악. |
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[51강] 전기화학 (3)
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배터리, 부식, 전기분해, 상업적 전해 과정
* **갈바니 전지**: 표준기전력 및 평형상수 K 계산 원리, 납축전지·건전지·연료전지 등 배터리의 에너지 변환 과정 분석 * **부식**: 금속 산화 현상 메커니즘 이해, 철의 부식과 알루미늄 산화막의 차이점, 희생막 등 부식 방지법 학습 * **전기분해**: 패러데이 법칙 기반 전하량-물질량 정량 관계, 물 및 전해질 수용액의 전기분해 과정과 상업적 응용 원리 |
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| 19장. 핵 반응 The Nucleic Reactions | ||
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[52강] 핵 반응(1)
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핵 반응의 기본 개념과 방사성 붕괴
• 핵화학 기초: 질량-에너지 등가 원리 및 핵자, 동위원소, 핵 결합 에너지 등 핵 구성 요소와 기본 개념 학습. • 핵 반응 및 안정도: 균형 핵반응식의 질량수·전하 보존 원칙, 핵의 열역학적·반응 속도론적 안정도 조건 이해. • 방사성 붕괴 메커니즘: 알파, 베타, 양전자, 전자 포획, 감마선, 자발적 분열 등 각 붕괴 유형의 원자 질량 변화 및 반응 조건 분석. |
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[53강] 핵 반응(2)
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핵 반응의 유형, 속도론 및 응용
• 핵 붕괴 유형 및 속도론: 알파, 베타, 양전자, 전자포획 등 핵종 변화 과정과 1차 반응 속도론 기반 반감기 특성 이해. • 핵 변환 및 입자 가속기: 외부 입자 충돌로 핵을 변환하고 초우라늄 원소를 합성하는 입자 가속기 원리 및 필요성 학습. • 방사능 검출 및 응용: 가이거 계수기를 통한 방사능 검출, 탄소·우라늄 연대 측정법, 의학적 진단 및 치료 활용. |
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[54강] 핵 반응(3)
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핵 반응: 안정성, 분열, 융합, 방사선 영향
• 핵 반응 안정성: 질량 결손 및 핵자당 결합 에너지 기반, 철(Fe) 중심 핵분열·핵융합 원리 규명. • 핵분열/핵융합: 연쇄 반응과 임계 질량으로 제어되는 핵분열, 초고온 플라즈마를 활용하는 핵융합 원리 및 응용. • 방사선 생물학적 영향: 에너지, 침투, 이온화 능력과 화학적 성질로 구분되며, 체내 축적 위험성 이해 및 관리. |
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| 20장. 주족원소 The Representative Elements | ||
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[55강] 주족원소(1)
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주족 원소의 주기적 성질과 족별 화학적 특성 요약
• 주족 원소 주기성 및 이온 거동: 원자 반경·이온화 에너지의 주기적 경향성과 알칼리(토)금속의 수화 에너지 및 이온 교환 수지 연수화 원리 정리 • 족별 결합 구조 및 오비탈 특성: 탄소와 규소의 π 결합 효율 차이에 따른 유기·무기 화합물 구조 다양성과 SiO4 사면체 네트워크 형성 기전 분석 • 반응성 제어 및 전자 배치 예외: 질소 삼중 결합 기반 Haber 공정, 3d 오비탈을 활용한 확장된 팔전자계 및 할로겐 원소의 물리적 성질 역전 현상 요약 |
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[56강] 주족원소(2)
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주족 원소와 전이 금속 원소 (2)
* 주족 원소 3A/4A족: 붕소/알루미늄 결합 특성, 갈륨/규소/저메늄 반도체 응용 및 탄소 동소체 구조 이해 * 5A/6A족 주요 화학: 질소 하버 공정, 인의 생체 내 역할, 오존의 산화력 및 자외선 차단 원리 분석 * 7A족 할로젠화수소의 강산성; 8A족 비활성 기체 안정성과 헬륨/네온/아르곤의 산업적 활용 원리 정리 |
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| 21장. 전이금속과 배위화학 Transition Metals and Coordination Chemistry | ||
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[57강] 전이금속과 배위화학 (1)
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전이금속과 배위화합물: 기본 개념 및 특징
* 전이금속: d-오비탈 특성과 전자 배치로 다양한 산화수를 가지며, 착이온의 색깔 및 자기적 성질을 결정장 이론으로 설명. * 리간드 및 착이온: 루이스 염기인 리간드가 중심 금속과 배위결합하여 착이온을 형성하며, 배위수에 따라 기하학적 구조를 가짐. * 킬레이트 및 크라운 에테르: 여러 자리 리간드의 킬레이트 효과와 고리형 에테르의 특정 이온 선택적 포획 원리 이해. |
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[58강] 전이금속과 배위화학 (2)
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전이금속 및 배위화학: 이성질체와 결정장 모형
• 이성질체 분류 및 특성: 구조 및 입체 이성질체(기하, 광학)의 정의, 카이랄 중심과 D/L, R/S 명명법 이해 • 결정장 모형 원리: 리간드를 점 전하로 가정한 중심 금속 d 오비탈의 결정장 갈라짐 패턴 및 에너지 준위 변화 분석 • 착물의 성질 예측: d 오비탈 전자 배치(고스핀/저스핀)를 통한 착물의 색깔, 자기적 성질 및 안정성 결정 원리 학습 |
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[59강] 전이금속과 배위화학 (3)
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전이금속과 배위화학 (3): 스플릿 에너지와 응용
* d-오비탈 스플릿팅: 리간드 접근 시 전이금속 d-오비탈의 에너지 준위 분리 현상과 구조별 특징 이해. * 분광학적 계열 및 스핀 상태: 리간드 세기에 따른 스플릿 에너지 차이가 착이온의 high/low spin 전자 배치, 색깔, 자기적 특성 결정 원리. * 배위 화합물 응용: 엽록소, 헤모글로빈 등 생체 내 핵심 기능과 다양한 전이금속의 산업적 활용 분석. |
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| 22장. 유기및 생체분자 Organic and Biological Molecules | ||
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[60강] 유기및 생체분자 (1)
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알케인: 포화 탄화수소
• 알케인 기초: 탄소-탄소 단일 결합 포화 탄화수소의 정의, 일반식 ($\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$) 및 탄소수에 따른 IUPAC 명명법 (-ane) 이해. • 알킬 그룹 및 구조 이성질체: 알케인에서 유도된 알킬 그룹 명명 원리 (-yl)와 동일 분자식을 가진 다른 구조체인 구조 이성질체의 개념 및 종류 분석. • 유기 분자 표현 및 IUPAC 명명: 꺾은선 구조를 통한 유기화합물 간략 표현법과 치환기, 주사슬 기반의 복잡한 알케인 IUPAC 명명 규칙 및 분자 간 힘에 따른 물리적 특성(끓는점) 분석. |
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[61강] 유기및 생체분자 (2)
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알케인, 알켄, 알카인의 반응 및 고리형 탄화수소
• 알케인 반응: 연소, 치환, 탈수소화 원리 및 고리형 알케인의 명명법과 구조적 안정성 분석. • 알켄 특성: 이중결합 구조, $sp^2$ 혼성, cis/trans 이성질체 형성 및 -ene 명명법 학습. • 알카인 특성: 삼중결합 구조, $sp$ 혼성, 직선형 특징과 -yne 명명법, 공통 반응(수소화, 할로젠화, 중합) 원리 파악. |
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[62강] 유기및 생체분자 (3)
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02:
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방향족 탄화수소 및 작용기 개요와 응용
• 방향족 탄화수소 및 작용기: 벤젠 구조, 유도체 명명법, 주요 작용기(알코올, 알데하이드, 케톤, 카르복실산, 에스터, 아민)의 구조와 특성 학습. • 냉매: CFCs, HCFCs, HFCs, HFOs 세대별 발전과 오존층 파괴, 지구온난화지수(GWP) 및 국제 규제(몬트리올/교토 의정서) 이해. • 중금속 중독 질환: 크롬, 카드뮴, 수은, 납의 독성 작용 및 비중격 천공증, 이타이이타이병, 미나마타병 등 주요 관련 질환 분석. |
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[63강] 유기및 생체분자 (4)
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중합체와 천연 중합체 개요
• 중합체 개요: 단위체의 중합 반응(첨가/축합)을 통한 동종 및 혼성 고분자 형성 원리. • 천연 중합체 구성: 단백질(아미노산 중합, 펩타이드 결합), 탄수화물(단당류 중합, 글라이코사이드 결합, 카이랄 탄소)의 구조와 기능. • 핵산 (DNA/RNA) 역할: 뉴클레오타이드 중합체로 유전 정보 저장 및 센트럴 도그마를 통한 생체 정보 흐름. |
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조성제 교수님
일반화학 통합과정
