atoms, molecules and ions chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호,...

46
Atoms, Molecules and Ions Chapter 2

Upload: donald-griffin

Post on 28-Dec-2015

222 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Atoms, Molecules and Ions

Chapter 2

Page 2: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

원자 , 분자 , 이온

• 원자론• 원자의 구조• 원자번호 , 질량수 및 동위원소• 주기율표• 분자와 이온• 화학식• 화합물의 명명• 유기화합물의 소개

Page 3: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

원자설의 배경• 고전적 견해원자설 이전• Law of Conservation of Mass In Reflexions sur le Phlogistique (1783), Antoine

Lavoisier• Law of the Definite Proportions Joseph-Louise Proust Proust's Law(1799) <=> Pierre Berthollet• Law of Multiple Proportions Dalton(1803)

Page 4: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Dalton’s Atomic Theory (1808)1. Elements are composed of extremely small particles

called atoms.

2. All atoms of a given element are identical, having the same size, mass and chemical properties. The atoms of one element are different from the atoms of all other elements.

3. Compounds are composed of atoms of more than one element. In any compound, the ratio of the numbers of atoms of any two of the elements present is either an integer or a simple fraction.

4. A chemical reaction involves only the separation, combination, or rearrangement of atoms; it does not result in their creation or destruction.

Page 5: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

2

Dalton’s Atomic Theory

Law of Multiple Proportions

Page 6: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

8 X2Y16 X 8 Y+

Law of Conservation of Mass

Page 7: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

in 1897, J.J. Thomson, measured mass/charge of e-

(1906 Nobel Prize in Physics)

Page 8: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Cathode Ray Tube

Page 9: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

e- charge = -1.60 × 10-19 C

Thomson’s charge/mass of e- = -1.76 × 108 C/g

e- mass = 9.10 × 10-28 g

Measured mass of e-

(1923 Nobel Prize in Physics)

Page 10: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

(Uranium compound)

Page 11: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Thomson’s Model of the Atom"plum pudding" model (1897)

Positive charge spread over the entire sphere

positivecharge

electron

Page 12: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

1. atoms positive charge is concentrated in the nucleus2. proton (p) has opposite (+) charge of electron (-)3. mass of p is 1840 × mass of e- (1.67 × 10-24 g)

particle velocity ~ 1.4 × 107 m/s(~5% speed of light)

Rutherford, (1908 Nobel Prize in Chemistry for radioactive decaying)

(1909, 1911) Rutherford’s Experiment

Page 13: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

(a) (b)

(a) The expected result of the Rutherford's a particle scattering experiment, assuming the Thomson’s model.

(b) The result of the Rutherford's a particle scattering experiment

Page 14: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Chadwick’s Experiment (1932)(1935 Noble Prize in Physics)

H atoms - 1 p; He atoms - 2 p

mass He/mass H should = 2

measured mass He/mass H = 4

+ 9Be 1n + 12C + energy

neutron (n) is neutral (charge = 0)

n mass ~ p mass = 1.67 × 10-24 g

Page 15: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Helium Atom

“ 원자가 반지름이 100m 인 운동장 만하다면 , 핵은 운동장 중심에 있는 반지름이 수 mm 인 작은

구슬 정도의 크기이다 .”

Page 16: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

mass p ≈ mass n ≈ 1840 × mass e-

ParticleActual mass

(kg)Relative mass

(amu)Charge

(Coulomb)Relativecharge

Proton, p 1.6726×10-27 1.007 1.6022×10-19 +1

Neutron, n 1.6749×10-27 1.008 0 0

Electron, e- 9.1094×10-31 5.489×10-4 -1.6022×10-19 -1

Properties of the proton, the neutron, and the electron

Page 17: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Atomic number (Z) = number of protons in nucleus

Mass number (A) = number of protons + number of neutrons

= atomic number (Z) + number of neutrons

Isotopes are atoms of the same element (X) with different numbers of neutrons in their nuclei

XAZ

H11 H (D)2

1 H (T)31

U23592 U238

92

Mass Number

Atomic NumberElement Symbol

Atomic number, Mass number and Isotopes

Page 18: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

The Isotopes of Hydrogen

Page 19: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

6 protons, 8 (14 - 6) neutrons, 6 electrons

6 protons, 5 (11 - 6) neutrons, 6 electrons

Q. Number of protons, neutrons and electrons in the isotope of…

C14

6 ?

C11

6 ?

Page 20: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Period

Group

Alkali M

etal

Noble G

as

Halogen

Alkali E

arth Metal

Page 21: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Chemistry In ActionNatural abundance of elements in Earth’s crust

Natural abundance of elements in human body

Page 22: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

A molecule is an aggregate of two or more atoms in a definite arrangement held together by chemical forces

H2 H2O NH3 CH4

A diatomic molecule contains only two atoms

H2, N2, O2, Br2, HCl, CO

A polyatomic molecule contains more than two atoms

O3, H2O, NH3, CH4

Page 23: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

An ion is an atom, or group of atoms, that has a net positive or negative charge.

cation – ion with a positive chargeIf a neutral atom loses one or more electronsit becomes a cation.

anion – ion with a negative chargeIf a neutral atom gains one or more electronsit becomes an anion.

Na+ 11 protons10 electrons

Cl 17 protons17 electrons Cl-

17 protons18 electrons

Page 24: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

A monatomic ion contains only one atom

A polyatomic ion contains more than one atom

Na+, Cl-, Ca2+, O2-, Al3+, N3-

OH-, CN-, NH4+, NO3

-

Page 25: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

13 protons, 10 (13 – 3) electrons

34 protons, 36 (34 + 2) electrons

?Al2713

3+

?Se7834

2-

Q. Number of protons, neutrons and electrons in the ion of…

Page 26: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의
Page 27: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의
Page 28: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

A molecular formula shows the exact number of atoms of each element in the smallest unit of a substance

An empirical formula shows the simplest whole-number ratio of the atoms in a substance

H2OH2O

molecular empirical

C6H12O6 CH2O

O3 O

N2H4 NH2

Page 29: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

ionic compounds consist of a combination of cations and an anions

• the formula is always the same as the empirical formula

• the sum of the charges on the cation(s) and anion(s) in each formula unit must equal zero

The ionic compound NaCl

Page 30: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Formula of Ionic Compounds

Al2O3

2 × +3 = +6 3 × -2 = -6

Al3+ O2-

CaBr2

1 × +2 = +2 2 × -1 = -2

Ca2+ Br-

Na2CO3

1 × +2 = +2 1 × -2 = -2

Na+ CO32-

Page 31: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의
Page 32: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의
Page 33: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Chemical Nomenclature• Ionic Compounds

– often a metal + nonmetal– anion (nonmetal), add “ide” to element name

BaCl2 barium chloride

K2O potassium oxide

Mg(OH)2 magnesium hydroxide

KNO3 potassium nitrate

Page 34: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

• Transition metal ionic compounds– indicate charge on metal with Roman numerals

FeCl2 2 Cl- -2 so Fe is +2 iron(II) chloride

FeCl3 3 Cl- -3 so Fe is +3 iron(III) chloride

Cr2S3 3 S-2 -6 so Cr is +3 chromium(III) sulfide

Page 35: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

• Molecular compounds• nonmetals or nonmetals + metalloids• common names

• H2O, NH3, CH4, C60

• element further left in periodic table is 1st

• element closest to bottom of group is 1st

• if more than one compound can be formed from the same elements, use prefixes to indicate number of each kind of atom

• last element ends in ide

Page 36: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

HI hydrogen iodide

NF3 nitrogen trifluoride

SO2 sulfur dioxide

N2Cl4 dinitrogen tetrachloride

NO2 nitrogen dioxide

N2O dinitrogen monoxide

Molecular Compounds

TOXIC!

Laughing Gas

Page 37: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의
Page 38: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

An acid can be defined as a substance that yields hydrogen ions (H+) when dissolved in water.

HCl•Pure substance, hydrogen chloride•Dissolved in water (H+ Cl-), hydrochloric acid

An oxoacid is an acid that contains hydrogen, oxygen, and another element.

HNO3 nitric acid

H2CO3 carbonic acid

H2SO4 sulfuric acidHNO3

Page 39: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의
Page 40: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Anion AcidExample

prefix suffix prefix suffix

per -ate per- -ic acidperchloric acid

(HClO4)

-ate -ic acidchloric acid(HClO3)

-ite -ous acidchlorous acid

(HClO2)

hypo -ite hypo- -ous acidhypochlorous acid

(HClO)

-ide hydro- -ic acidhydrochloric acid

(HCl)

Acid Nomenclature

Page 41: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Acid Anion

HClO4 Perchloric acid ClO4- Perchlorate

HClO3 Chloric acid ClO3- Chlorate

HClO2 Chlorous acid ClO2- Chlorite

HClO Hypochlorous acid ClO- Hypochlorite

Oxoacids and oxoanions

Page 42: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Don’t confuse with

ion Bondlength

Ox no

O2 1.21 Å 0 oxygen

O2- super-

oxide1.33 Å -1/2 HO2

hydrogen superoxide

O22

-

per-oxide

1.49 Å -1 H2O2hydrogen peroxide

O2- oxide -2 H2O water(dihydrogen oxide)

Page 43: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

A base can be defined as a substance that yields hydroxide ions (OH-) when dissolved in water.

NaOH sodium hydroxide

KOH potassium hydroxide

Ba(OH)2 barium hydroxide

Page 44: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Hydrates are compounds that have a specific number of water molecules attached to them.

BaCl2•2H2O

LiCl•H2O

MgSO4•7H2O

Sr(NO3)2 •4H2O

barium chloride dihydrate

lithium chloride monohydrate

magnesium sulfate heptahydrate

strontium nitrate tetrahydrate

CuSO4•5H2O CuSO4

Page 45: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의
Page 46: Atoms, Molecules and Ions Chapter 2. 원자, 분자, 이온 원자론 원자의 구조 원자번호, 질량수 및 동위원소 주기율표 분자와 이온 화학식 화합물의

Organic chemistry is the branch of chemistry that deals with carbon compounds

C

H

H

H OH C

H

H

H NH2 C

H

H

H C OH

O

methanol methylamine acetic acid

Functional Groups( 작용기 )