1. 모든 물질을 이루고 있는 원자나 분자들의 실제 크기는 얼마나 될까? 보이지 않는 아주 작은 입자들의 세계인 원자나 분자를 1억배로 확대시켜보면 탁구공 크기만해서 알기 쉬운 크기가 된다. 직접 스티로폼 구를 가지고 1억 배 크기의 물, 메탄, 메탄올, 에탄올, 벤젠분자 모형을 만들어보자.
2. 모든 물질은 분자나 원자로 이루어져 있는데 분자나 원자는 보이지 않는 아주 작은 상태로 되어 있다. 그러나 이런 분자나 원자를 계속 확대하다 보면 우리가 식별할 수 있는 크기가 되어서 물질 내에 어떤 상태로 있는지 알 수 있다. 그러므로 본 실험을 통해 몇 가지 간단한 분자와 원자모형을 만들어 봄으로써 이들의 구조나 크기를 알아서 물질 속에서 어떤 구조로 존재하는지 인식하게 한다.
원자와 분자
원자는 물질의 기본적 단위이지만, 원자가 모여 물질을 구성하는 데는 다른 종 또는 같은 종의 원자가 결합하여 이것이 하나의 단위가 되어 물질을 구성하는 일이 많다. 이 단위를 분자라고 한다. 분자라는 단위에 변화가 일어나지 않는 한 물질은 안정하게 존재하는데, 원자의 조합이 변하여 1개의 분자가 다른 분자로 변화할 때는 원자 그 자체에는 아무 변화가 없어도 물질은 변화한다.
화학변화라고 하는 물질의 변화는 이런 종류의 것이며 이른바 원자라는 것은 보통의 화학적 수단으로는 깨뜨릴 수 없는 입자라고도 할 수 있다. 일반적으로 물질구조에는 이러한 원자 → 분자 → 물질이라는 단계적 구성이 있고, 원자는 그것들이 조합된 분자라는 단위를 거쳐 물질을 형성하고 있다. 이 생각은 19세기 초에 제창된 A.아보가드로의 분자설에서 비롯되는데, 이것에 의하여 원자라는 유한한 종류의 입자로부터 무수히 많다고 할 수 있는 물질이 구성되는 구조가 밝혀졌다. 또 물질은 모두 분자로 이루어진 것은 아니고, 어떤 상태에 있을 때라도 그 속에 분자라는 특정한 구성단위는 인정할 수 없다.
분자모형 (model of molecule)
분자를 구성하는 원자의 상대적인 위치와 화학결합을 나타내는 기하학적 모형. 분자를 구성하는 원자들의 중심인 원자핵은 끊임없이 진동하고 있지만 평균 위치를 이용하여 분자의 구조를 나타낼 수 있다. 분자 모형에서는 원자핵의 상대적 위치와 원자들 사이의 화학 결합이 잘 표현되어야 한다.
흔히 사용하는 공-막대 모형에서는 결합 길이에 비례하는 막대기를 사용하여 원자핵을 나타내는 공을 연결하여 분자의 구조를 나타낸다. 원자 주위에 분포된 전자구름의 크기에 비례하는 부피를 가진 공을 사용하기도 한다. 분자 모형은 분자의 물리적-화학적 성질을 이해하는데 유용하며, 새로운 특성을 가진 분자 모형을 설계하여 개발하는 데에도 많이 활용되고 있다.
실험 방법
구멍 뚫린 정형틀과 각도 정형틀 A, 각도 정형틀 B, 스티로폼 절단기를 이용하여 스티로폼 구를 분자 모양에 따라 정해진 각도와 크기로 자른 뒤 스티로폼용 본드로 붙여서 원하는 분자 모형을 만든다. 즉, 이론적으로 밝혀진 분자모형의 구조를 바탕으로 여러 가지 도구들로 분자 모형을 만들어 본다.
1. 물(H2O) 분자
1) 산소원자 (직경35㎜)를 구멍 뚫린 정형틀에 놓고 스티로폼 절단기로 자른다.
2) 산소원자 스티로폼의 자른 단면에 핀을 꽂고 자른 부분을 제외한 나머지 부분에 빨강색 물감을 칠하고 말린다.
3) 수소원자(직경30㎜)를 구멍 뚫린 정형 틀에 끼우고 반으로 자른다.
4) 잘라낸 반쪽 수소원자 2개를 산소원자 단면에 Glue gun으로 붙여 완성한다.
2. 메탄(CH4) 분자
1) 탄소원자(직경40㎜)를 정형 틀에 놓고 스티로폼 절단기로 자른다.
2) 각도 정형틀 A 한번, 각도 정형을 B를 두 번이용해서 단면을 얻는다.
3) 탄소원자 스티로폼 자른 단면에 핀을 꽂고 자른 부분을 제외한 나머지 부분에 검정색 물감을 칠하고 말린다.
4) 수소원자(직경25㎜)2개를 정형 틀에 끼우고 반으로 잘라낸뒤 반쪽 4개를 위에서 자른 탄소원자의 단면에 Glue gun으로 붙여 메탄을 완성한다.
3. 메탄올(CH3OH) 분자
1) 탄소원자(직경40㎜) 를 정형 틀을 이용하여 4개의 단면을 잘라내고 잘리지 않은 부분에 검정색 물감을 칠한다.
2) 산소원자(직경35㎜)를 정형 틀을 이용하여 2개의 단면을 잘라내고 잘리지 않은 부분에 빨강색 물감을 칠한다.
3) 수소원자(직경30㎜)2개를 구멍 뚫린 정형 틀에 끼워 반으로 잘라낸뒤 위에서 자른 탄소원자의 단면에 3개, 산소원자 단면에 1개를 Glue gun으로 붙인다.
4) 수소가 붙은 탄소원자와 산소원자의 남은 단면을 서로 맞붙인다.
4. 에탄올(C2H5OH) 분자
1) 탄소원자(직경40㎜) 2개를 정형 틀을 이용해서 4개의 단면을 잘라내고, 나머지 부분에 검정색을 칠한다.
2) 산소원자(직경35㎜) 1개를 정형 틀을 이용하여 2개의 단면을 잘라내고, 나머지 부분에 빨강색을 칠한다.
3) 수소원자(직경30㎜) 3개를 구멍 뚫린 정형 틀에 끼워 반으로 잘라낸후 위에서 자른 탄소원자의 단면에 반쪽수소3개 , 2개씩 각각 붙이고, 산소원자의 단면에는 반쪽수소1개를 붙인다.
4) 수소가 붙은 탄소원자와 산소원자의 남은 단면을 서로 맞붙인다.
5. 벤젠(C6H6)분자
벤젠은 방향족 탄화수소로 무색이고 가연성이다. 발암물질로도 알려져 있다. 탄소원자 6개와 수소원자 6개가 결합한 형태로, 탄소6개가 고리모양의 화학결합을 하고 있으며 단일결합과 이중결합이 교대로 존재하는 공명구조를 이루고 있다. 이는 매우 안정하여 첨가 반응을 잘 하지 않는다. 탄소원자(빨간 탁구공) 6개를 육각형 모양으로 연결한 후 각 고리에 수소(스티로폼)을 각각 한 개씩 연결해서 벤젠 모형을 만들고 공명 구조를 확인해 보자.
탄소원자(검은구)6개를 육각형 모양으로 연결한 후 각 고리에 수소(흰색구)를 각각 한 개씩 연결해서 벤젠을 만들어보고 단일결합과 이중결합이 교대로 존재하는 공명구조를 확인해보자.
6. 암모니아(NH3) 분자
암모니아는 시골 화장실에서 쉽게 맡을 수 있는 기체로 공기 속에 약간 있고 흙 속에서 유기물의 부패로 생성된다.
[일반화학실험]분자모형 만들기 레포트
1. 실험 목적 1.1. 모든 물질을 이루고 있는 원자나 분자들의 실제 크기는 얼마나 될까? 보이지 않는 아주 작은 입자들의 세계인 원자나 분자를 1억배로 확대시켜보면 탁구공 크기만해서 알기 쉬
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