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화학반응식

녹슨 자전거 바퀴

이 녹슨 자전거 바퀴를 보라. 이 자전거는 습한 기후에 너무 오랫 동안 밖에 두어 쇠로 만든 부분에 녹이 슬었다. 쇠는 공기 중의 산소와 결합할 때 녹이 스는데 철이 녹스는 것은 화학반응의 한 예이다. 화학반응에서는 한 물질이 완전히 다른 물질로 변한다. 예를 들어 자전거의 쇠바퀴와 공기가 녹으로 변했다.  

Q:  이 반응을 말로 설명하는 것 이외에 어떻게 나타내겠는가?

A:  과학자들은 화학반응을 나타내기 위한 표준적인 방법으로 화학반응식을 사용한다. 

화학반응식

화학반응식(chemical equation) 은 화학반응에서 어떤 일이 일어났는지를 간편하게 나타내는 방법이다. 화학반응식의 일반적인 형식은 다음과 같다.  

반응물(Reactants) → 생성물(Products)

화학반응에서 반응물이란 반응이 시작될 때 참여하는 물질이고 생성물은 반응에 의해 생성된 물질이다. 반응물은 언제나 반응식의 왼쪽에 또 생성물은 오른쪽에 쓴다. 왼쪽에서 오른쪽을 가리키는 화살표는 반응물이 반응에 의해 생성물로 변하는 방향을 보여준다. 이는 반응물의 결합이 깨지고 새로운 생성물의 결합이 형성될 떼 일어난다.그 결과 반응물과는 다른 화학적 물질인 생성물이 생성된다. 다음 사이트에서 화학반응식의 개요과 화학반응식 작성법에 관한 비디오를 볼 수 있다.: http://www.brightstorm.com/science/chemistry/chemical-reactions/chemical-equations/ .

Q:  철이 녹스는 반응의 일반적 반응식은 무엇인가?

A:  철은 산소와 결합하여 녹을 생성하며 이는 산화철이라는 화합물이다. 이 반응은 아래와 같은 일반적 반응식으로 나타낼 수 있다. 두개 이상의 반응물이 있을 때는 이들을 + 부호로 구분해주며, 생성물이 2개 이상일 때도 + 부호를 사용한다.  

철(Iron) + 산소(Oxygen) → 산화철(Iron Oxide)

화학기호와 식의 사용

과학자들은 화학반응식을 작성할 때에 반응물과 생성물의 이름 대신 그들의 화학기호와 화학식을 사용한다. 아래에 예시된 화학반응을 보라. 이 반응에서 탄소가 산소와 반응하여 이산화탄소를 생성한다.탄소는 그 화학기호 C로 표시되어 있다. 산소의 화학기호는 O이지만 산소는 2원자분자로 존재하므로 O 2 라는 화학식으로 표시한다. 화합물인 이산화탄소는 1개의 탄소 원자와 2개의 산소원자로 구성되어 있으므로 CO 2 라는 화학식으로 표시한다.

탄소와 산소의 이산화탄소 생성반응

Q:  이 반응의 화학반응식은 무엇인가?

A:  이 반응의 화학반응식은 다음과 같다.:

C + O 2 → CO 2

Q:  어떻게 반응물의 원자들이 반응의 생성물에서 재배치되는가? 어떤 결합이 깨지고 어떤 새 결합이 생성되는가?

A:  산소분자의 산소원자 사이의 결합이 깨지고 탄소원자와 두 산소 원자 사이의 결합이 새로 생성되었다. 

반응식의 완결

수학에서 방정식을 완결하듯이 화학반응식도 완결되어야 한다. 이는 화살표 앞 뒤의 반응물과 생성물에 있는 원자의 종류와 수가 똑 같아야 한다는 것을 의미한다. 이는 화학반응에서 항상 물질이 보존되어야 하기 때문이며, 이를 질량보존의 법칙이라 한다.   

탄소와 산소가 반응하여 이산화탄소를 생성하는 위 반을을 되돌아보자. 각 원소의 원자수를 세어보라. 화살표 앞 뒤에 같은 수의 원자가 존재하는가? 그렇다. 따라서 반응식이 완결되었다. 

계수

이제 철(Fe)이 산소(O 2 )와 결합하여 산화철(Fe 2 O 3 )이 생성되는 반응으로 돌아가보자. 이 반응의 화학반응식은 다음과 같다.

4Fe+ 3O 2 → 2Fe 2 O 3

이 반응식은 화학반응식을 완결하기 위하여 계수의 사용이 필요함을 보여준다. 계수(coefficient)란 화학기호나 화학식 앞에 붙어 있는 숫자로 이는 반응에 참여한 물질의 원자나 분자의 수를 나타내준다.쇠가 녹스는 반응식에서 4개의 철원자가 산소 3분자와 결합하여 산화철 2분자가 생성됨을 알 수 있다.    

Q:  이 철이 녹스는 반응의 반응식이 완결되었는가? 이를 어떻게 알 수 있는가?

A:  그렇다.  반응식이 완결되었다. 이는 화살표 양쪽에 각 원소들의 원자수가 똑 같기 때문이다  먼저 철원자를 보면 반응물과 생성물 모두에 4개씩이 포함되어 있다. 그 다음 산소원자의 경우 화살표 양쪽애 6개씩이 들어있다. 따라서 철과 산소 모두에 대하여 반응식이 완결되었다.  

요약

  • 과학자들은 화학반응에서 어떤 일이 일어났는지를 화학반응식으로 요약한다. 반응물을 반응식의 왼쪽에 생성물을 오른쪽에 표시한다. 반응의 방향을 나타내기 위해 화살표를 사용한다. 반응물과 생성물이 2개 이상씩일 때는 + 기호로 사용한다.  
  • 화학반응식에서 반응물과 생성물은 화학기호와 회학식으로 표시한다. 계수라 불리는 숫자가 화학기호와 화학식의 앞에 더해지며 이는 화학반응에 참여하는 물질의 원자와 분자수를 의미 한다. .
  • 화학반응식은 완결되어야 한다. 완결된 화학반응식에서는 양쪽에 각 원소들이 같은 수로 포함되어 있어야 한다. 

용어

  • 화학반응식(chemical equation) : 화학반응을 기호로 나타낸 것

연습

다음 사이트에서 화학반응식에 관한 비디오를 보라. 2개의“Your Turn” 반응식을 해석하고 그 답이 옳은지 이어지는 설명을 보라. 비디오를 게속보고 2개의 “Your Turn” 반응식을 써라. 다시 이어지는 설명을 보면서 자신의 답이 맞는지를 확인하라. http://www.youtube.com/watch?v=lSoRj_iBwYc

복습

  1. 화학반응식이란 무엇인가? 화학반응식의 요소를 확인한다.
  2. 탄산칼슘(CaCO 3 )이 산화칼슘(CaO)과 탄산가스(CO 2 )를 생성하는 화학반응의 화학반응식을 작성하라..
  3. 다음 화학반응식이 나타내는 것을 말로 설명하라.  2NO 2 → 2O 2 + N 2
  4. 화학반응식이 언제 완결되는가?

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