2 장 : 화학자의 도구상자

1. 2장 : 화학자의 도구상자 • 측정의 중요성 • 측정값의 단위 • 측정값의 그래프 표시 • 미지 값의 탐색 • 큰 수와 작은 수의 표현 • 화학 문제의 풀이 법 • 밀도의 개념과 이용

2. 2.1 오렌지에 관한 호기심 호기심(왜 특정 오렌지가 더 단맛을 내는가 ?)  과학적 질문으로. (1) 관찰  크기측정  표, 그래프로 표시 (2) 법칙 : 현상법칙 유추 : 큰 오렌지가 더 맛있다. (3) 다시 또, 왜 (?)  가설(이론) 추론 : 특정 성분이 단 맛을 낸다. 일정 크기가 되어야 그 성분이 많아진다. (4) 검증 실험  실험으로 검증되면 이론이 된다. 2.2 파인먼(Feynman)의 개미 위대한 과학자의 호기심에 대한 예 호기심에 바탕을 둔 체계적 탐구

3. 2.3 측정 : 성질을 수치 값으로 표현 성질(차다, 뜨겁다; 크다, 작다)  수치화 : 정확한 비교가 가능 수학을 사용하여 법칙유도 측정 단위의 중요성 : 단위가 없는 숫자는 과학적 의미가 불명확 하다 측정값의 불확실성 : 측정값의 마지막 숫자에 불확실성이 포함됨 예: 72.45 Kg 72.44 Kg에서 72.46 Kg 사이를 의미 유효숫자 4개 72 Kg  71 kg에서 73 kg 사이를 의미 유효숫자 2개 측정단위 : 국제 단위 체계 (SI) : MKS-system 길이 : m , 질량 : Kg , 시간 : s , 파생단위 ; 부피 : L 접두어 : 크거나 작은 수를 표시하는데 사용 G (109), M (106), K (103), c (10-2), m (10-3),  (10-6), n (10-9)

4. 측정의 정확도, 정밀도, 유효숫자 정확도(accuracy):주어진 측정값이 얼마나 참값에 가까운가? 정밀도(precision): 독립된 측정값이 또 다른 측정값과 일치하는 정도 유효숫자(significant figure): 측정값의 정밀도를 나타내기 위해, 측정값은 전부를 확실하게 알고 있는 숫자에 예측된 숫자 하나를 첨가해 표현하는데, 이 때 표현된 전체 숫자의 총 개수 예) 54.4 g, 55.4418 g, 4.803 cm, 0.00661 g, 55.220 K, 34200 m 수의 중간에 있는 0은 유효 (4.803 cm) 수의 처음에 오는 0은 유효 아님 (0.00661 g) 소수점 뒤에 오고, 수의 마지막에 있는 0은 유효 (55.220 g) 소수점 앞에 오고 수의 끝에 있는 0은 유효할 수도 안 할 수도 (34200 m) 곱하기와 나누기: 답은 본래의 두 수보다 더 많은 유효숫자 가질 수 없다 더하기와 빼기: 답은 본래의 두 수보다 더 많은 자릿수를 소수점 오른쪽에 가질 수 없다.

5. Table 1. SI base units Base quantity Name Symbol SI base unit length meter m mass kilogram       kg time second s electric current ampere A thermodynamic temperature       kelvin K amount of substance mole mol luminous intensity candela cd

6. SI prefixes

7. 2.4 이론화법칙 (실험법칙) : 사실 사이의 관계를 체계화한 것 : 자연을 아는 것이론 (모형) : 사실을 설명하는 통찰력 : 자연(진실?)을 이해하는 것 계산에서의 단위 : 측정값을 다른 단위로 표현하기 (예) 4.00 야드는 몇 인치?  4.0 yd  (36 in / 1 yd) = 144 in 단위 사이 관계 1 yd = 36 in  환산인자 1 = (36 in / 1 yd) = (1 yd / 36 in) 환산인자를 이용한 단위 변환 : 계산 과정의 오류 검증 : 차원 분석법 (예) 144.0 in는 몇 yd ? 144.0 in  (36 in / 1 yd) =5184 (in2/yd) 144.0 in  (1 yd / 36 in ) = 4.00 yd

8. 2.5 그래프 읽기 자료의 변화, 자료사이의 상관관계 : 수 보다는 그림이 더 직관적 특정 부분의 변화를 강조 : y-축(또는 x-축)의 범위를 조정하여… 그래프에서 정보 얻기 : (1) x-, y-축의 확인 (물리량과 단위) (2) 변화량을 계산 (최고값, 최소값, 기간, 변화량, 변화율, 등등) 2.6 화학(과학)에서의 수학 자연 현상 (또는 사물)  숫자 (또는 기호) 사이의 1:1 대응관계 (?!) 수 사이의 수학 관계  자연 현상들(또는 사물들) 사이의 관계 자연과학에서 수학은 과학자의 직관을 돕는 역할을 한다 그러나 수학(의 사실)이 자연과학의 진실 자체는 아니다. 자연의 물리적 의미와 부합하는 수학을 선택하여 사용한다.

9. 2.7 과학적 표기법 : 큰 수와 작은 수의 표기 지구의 반지름 : 6,400,000 m  6.4  10 6 m 수소원자의 반지름 : 0.00000000012 m  1.2  10-10m 10 n : 10을 n번 곱하는 것 : 소수점을 왼쪽으로 n 자리 옮기는 것을 대신 10-n: 10을 n번 나누는 것 : 소수점을 오른쪽으로 n 자리 옮기는 것을 대신 주어진 수를 과학적 표기법으로 나타내기  (44페이지 예제와 문제) (1) 소수점을 옮겨서 1과 10사이의 수로 만든다. (소수부분) (2) 소수점이 왼쪽으로 n 자리 옮겼으면  10 n (지수부분) 소수점이 오른쪽으로 n 자리 옮겼으면  10-n 과학적 표기법에서의 곱셈 : 소수부분끼리 곱하고, 지수부분끼리는 더한다 (1.5  103 )  (3.8  105 ) = (1.5  3.8)  10 3+5= 5.7  10 8 나눗셈 : 소수부분끼리 나누고, 지수부분끼리는 뺀다 (1.5  10 3) (3.8 10 5 ) = (1.5  3.8)  10 3-5= 5.7  10 -2 과학적 표기법에서의 덧셈과 뺄셈 : 먼저 지수부분이 동일하도록 만든다. 소수부분끼리 덧셈 또는 뺄셈을 하고, 지수 부분은 변하지 않는다.

10. 2.8 대수 계산 : 미지수를 구하는 문제 2.9 문제풀기 (1) 문제에서 주어진 양을 단위를 포함하여 쓴다(2) 문제에서 요구하는 답의 단위를 파악한다(3) 필요한 환산인자를 구한다 (필요한 식을 확인)(4) 주어진 양에 환산인자를 곱한다. 단위들도 곱셈/나눗셈 한다.(5) 구한 답을 유효숫자를 고려하여 (과학적표기법으로) 표시한다 2.10 밀도 (Density, d = m / V) 밀도 : 단위 부피당 질량: 밀도 = 질량/부피 질량 = 밀도부피, 부피=질량/밀도(예, 51 페이지 ) Alcohol의 질량은 50.0 Kg, 밀도는 0.789 g/cm3, 부피는 몇 L인가? 필요한 수식 : 부피=질량/밀도 : 50.0 kg  1000 g/kg = 500000 g  부피=50000 g / (0.789 g/cm3) = 63371 cm363371 cm3  ( 1 L/ 1000 cm3 ) = 63.3 L