수소 이야기

목차

I. Abstract

II. Introduction
1. 원소의 기원과 수소의 발견
2. 전기분해
3. 선스펙트럼

III. Methods and Materials
1. 실험기구 및 시약
2. 실험 과정

IV. Data and Results
1. 실험 1
2. 실험 2
3. 실험 3
4. 실험 4

V. Discussion
1. 화학반응식을 알고 있다고 가정했을 때의 원자량 계산
2. 금속 아연의 결과 예상

VI. Reference

VII. Homework
1. 다음 화학식을 완성하시오.
2. 물의 전기분해반응에서 산화반응이 일어나는 극은 무엇인가?
3. Zn 금속 65.4mg 과 과량의 HCl을 반응시켰을 때, 발생하는 기체는 무엇이며, 기체의 부피는 얼마나 얻어지는지 쓰시오 (0℃, 1기압 조건에서 반응)
4. 수소의 방출 스펙트럼에서 라이먼 계열과 발머 계열의 차이는 무엇인가?

본문내용

I. Abstract
본 보고서에서는 수소와 관련된 다양한 실험을 통해 우주의 시작부터 현재까지 가장 기본이 되는 원소인 수소의 다양한 성질에 대해 탐구한다. 수소의 폭명성을 확인하고 전기분해를 통해 Avogadro 법칙을 실험적으로 학습한다. 또한 염산의 수소 이온과 금속이 반응하는 것을 관찰하고 그 반응 몰수비를 구해 당량을 측정한다. 수소 원자의 스펙트럼을 분광기를 통해 확인해보고 방출선이 갖는 양자화학적 유래와 의미를 파악한다.

II. Introduction
1. 원소의 기원과 수소의 발견
(1) 우주의 시작
지금으로부터 약 137억년 전 우주가 초기에 탄생할 때를 묘사하는 이론 중 현재까지 가장 설득력 있는 것은 빅뱅 이론이다. 이 거대한 폭발이 있을 당시 원자를 이루는 입자들인 쿼크와 전자가 형성되며 양성자와 중성자를 구성했고, 우주가 점점 식어가며 가장 가벼운 원소인 수소와 헬륨이 생성되었다. 이때 그 둘의 구성 비율은 수소와 헬륨이 약 3:1의 비율이었고, 이 비율은 현재까지도 유지되어 우주에서 가장 많은 부분을 차지하는 원소가 수소가 되게 했다. 이후 헬륨보다 무거운 원소들은 핵융합 반응으로, 철보다 무거운 원소들은 별의 마지막 중 초신성폭발로 인해 형성되었다.
(2) Cavendish의 실험
1766년 영국의 과학자 Cavendish는 Zn, Fe, Sn 등의 금속에 산을 가하면 가연성이 좋은 기체가 발생하는 것을 발견했다. 그가 수행한 실험을 화학식으로 나타내면 Zn+2HCl→Zn^(2+)+2Cl^-+H_2이다. 이후 이 반응에서 물이 생성되는 것을 발견하고 발견한 원소를 물을 만드는 원소라는 뜻의 수소(Hydrogen)이라고 이름 붙였다.

2. 전기분해
(1) 개요
전기분해(Electrolysis)는 전류를 가하여 특정 물질을 비자발적인 방향으로 분해하는 것을 의미하며, 이런 반응을 진행시키는 화학전지의 한 종류를 전해전지(electrolytic cell)라고 한다.

참고 자료

Atkins, Jones, and Laverman. 『화학의 원리 5판』, 김관 외, 자유아카데미, 2012.
김희준, 『일반화학실험』, 자유아카데미, 2010.