질문과 토론의 과학, KAOS 질의응답

 

(질문)

· 화학결합을 설명할 때 영자역학이 구체적으로 어떤 영향을 끼치나요?

 

 

(답변) 분자를 구성하는 원자는 전자보다 2천배 정도 무겁기 때문에, 물질파의 파장은 굉장히 짧습니다. 그래서 양자역학의 지배를 안 받는 것 같은데 사실 화학결합은 100% 양자역학 효과구요, 특히 더 자세히 말하면 공유결합은 원자와 원자의 물질파의 보강간섭으로 인한 현상이고, 보강간섭으로 인해서 만들어진 분자의 물질파에 전자가 들어가는데 스핀도 업과 다운이 있다는 점. 화학결합현상은 100% 양자역학 현상이고 특히 물질파의 보강간섭과 전자의 스핀이 업 다운이 있다는 점, 배타원리가 대표적인 형태를 띱니다. 

 

(질문)

· 불이라는 게 뭔가요? 다시 말해 열을 가한다는 것은 분자적 수준에서 무엇인가요? 열을 가한다는 것은 분자의 운동에너지를 높여주는 거라고 하셨는데, 용기에 열을 가해 용기 내의 물질을 가열한다는 게 구체적으로 어떤 식으로 발생하나요?

 

 

(답변) 두 가지로 나눠서 답을 하겠습니다. 첫 번째는, 불, 즉 빛이 나는 물체가 무엇인가 대한 것이고요. 두 번째는 어떤 물질이 담긴 용기에 열을 가한다는 것이 물리적으로 어떤 의미인가입니다. 첫 번째, 불은 연료가 산소와 만나서 연소하면 생성물이 나오는데, 이 생성물은 대부분 양자역학적으로 들뜬 상태에서 만들어집니다. 이 생성물이 들뜬 상태에서 바닥상태로 떨어지면서 나오는 빛을 이 여러분이 불꽃에서 보는 빛입니다. 용기에 담겨진 물체가 열을 받는다는 의미는, 지난 시간에 열에너지가 분자의 무작위한 운동 에너지라고 말했습니다, 열의 에너지가 A라는 위치에서 B라는 위치로 이동한다는 말은 운동에너지가 많이 움직이는 쪽에서 운동을 일으킨다는 뜻이고, 더 구체적으로는 이 분자들의 충돌의 연속으로 인해서 점점 더 빠르게 움직이는 분자를 만드는 것이 열전달이라고 할 수 있습니다. 

 

(질문)

· 화학 변화를 일으키기 위해서 반응물질이 충분한 에너지, 즉 활성화에너지를 가져야한다고 하셨는데요. 이 활성화에너지는 도대체 무엇이고 왜 생기나요?

 

 

(답변) 일반적으로 반응을 시작하기 전의 화학물의 성질이 있습니다. 생성물의 에너지가 반응물의 에너지가 낮을 때는 발열반응, 반응물의 에너지가 생성물의 에너지보다 높으면 흡열반응이라고 말 했습니다. 그러면 반응물에서 생성물로 순간 이동을 하는 것이 아니라 원자들이 재배열을 해야되고요, 재배열을 하는 동안에 최소한도의 에너지 언덕을 넘어야 하고 요게 활성화에너지입니다. 활성화에너지는 반응물과 생성물을 가르는 전이상태가 있습니다. 전이상태는 반응물이 성성물로 가기 위해 필수적으로 넘어야 하는 원자들의 위치를 나타냅니다. 전이상태의 에너지와 반응물의 에너지 차가 활성화에너지가 됩니다.