화학 I: 몰·주기율·결합·양적 관계·산화환원
화학 I은 몰과 화학식량, 원자 구조와 주기율표, 화학 결합, 화학 반응식과 양적 관계, 산화·환원과 중화 반응을 다룬다. 계산의 출발점은 언제나 몰수다.
몰과 농도
1몰은 6.02×10²³개이고 몰질량은 g/mol이다. 표준 상태(0℃, 1기압)에서 기체 1몰의 부피는 22.4 L다. 몰 농도 M = 용질의 몰수 / 용액의 부피(L)이며, 용매의 부피가 아니다.
원자 구조와 주기율표
전자 배치는 낮은 에너지 오비탈부터 채우고 파울리 배타 원리와 훈트 규칙을 따른다. 원자 반지름은 주기에서 왼쪽→오른쪽으로 작아지고 족에서 위→아래로 커진다. 이온화 에너지는 대체로 왼쪽→오른쪽으로 커지지만 2족>13족, 15족>16족의 예외가 있다.
화학 결합
이온 결합은 금속과 비금속 사이의 전자 이동, 공유 결합은 비금속 원자 사이의 전자쌍 공유로 형성된다. 전기 음성도 차이가 클수록 결합이 극성이다.
양적 관계
화학 반응식의 계수비는 몰비다. 한계 반응물을 먼저 찾고 생성물의 몰수는 한계 반응물 기준으로 계산한다. 기체 반응에서는 같은 조건에서 부피비가 몰비와 같다.
산화·환원과 중화
산화는 산화수가 증가하고 전자를 잃는 변화다. 산화제는 자신이 환원되면서 상대를 산화시킨다. 중화는 H⁺ + OH⁻ → H₂O이며, 종말점에서 산과 염기의 당량이 같다.
예제
2H₂ + O₂ → 2H₂O 반응에 H₂ 4몰과 O₂ 1몰을 넣으면 O₂가 한계 반응물이다. O₂ 1몰당 H₂O 2몰이 생성되므로 H₂O는 2몰이고 H₂는 2몰 남는다.
함정
몰 농도에서 용액 부피 대신 용매 부피를 쓰는 것, 기체 부피를 아무 온도에서 22.4 L로 계산하는 것, 산화수를 원자가와 혼동하는 것, 한계 반응물을 찾지 않고 반응물의 합으로 생성물을 계산하는 것이 잦은 실수다.