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일반화학Ⅱ
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 11개 챕터, 33강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 12장. 화학반응 속도론 Chemical kinetics | ||
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[1강] 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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[2강] 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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[3강] 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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[4강] 화학평형 (1)
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03
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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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[5강] 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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[6강] 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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[7강] 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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[8강] 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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[9강] 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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[10강] 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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[11강] 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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[12강] 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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[13강] 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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[14강] 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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[15강] 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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[16강] 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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[17강] 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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[18강] 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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| 17장. 전기화학 Electrochemistry | ||
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[19강] 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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[20강] 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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[21강] 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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[22강] 핵 반응(1)
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05
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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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[23강] 핵 반응(2)
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58:
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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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[24강] 핵 반응(3)
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48:
43
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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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[25강] 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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[26강] 주족원소(2)
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0:
54:
45
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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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[27강] 전이금속과 배위화학 (1)
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01:
50
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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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[28강] 전이금속과 배위화학 (2)
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59:
55
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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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[29강] 전이금속과 배위화학 (3)
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0:
58:
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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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[30강] 유기및 생체분자 (1)
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54:
37
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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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[31강] 유기및 생체분자 (2)
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0:
52:
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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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[32강] 유기및 생체분자 (3)
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1:
02:
32
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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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[33강] 유기및 생체분자 (4)
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1:
05:
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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
일반화학Ⅱ
