화학반응식
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1. 개요
화학 반응식은 화학 반응을 나타내는 표기법으로, 반응물, 생성물, 화살표 기호, 계수, 화학식 등으로 구성된다. 반응물과 생성물은 화학식으로 표시되며, 화학식 앞의 숫자는 분자 수준에서 반응에 관여하는 물질의 개수를 나타내는 계수이다. 반응의 종류에 따라 정반응, 가역 반응, 화학 평형 등을 나타내는 다양한 화살표 기호가 사용되며, 기체 발생, 석출, 에너지 관여 등을 나타내는 기호도 사용된다. 화학 반응식은 반응물과 생성물, 계수를 통해 반응에 대한 정보를 제공하며, 질량 보존 법칙을 만족하도록 균형을 맞추어야 한다. 균형을 맞추는 방법으로는 미정계수법, 선형 방정식, 행렬 방법 등이 있다.
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| 화학반응식 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 화학 반응을 화학식과 기호를 사용하여 나타낸 것 |
| 목적 | 화학 반응에 대한 간결하고 이해하기 쉬운 정보를 제공 |
| 구성 요소 | 반응물 생성물 화학식 계수 반응 조건 (선택 사항) |
| 반응물 | 반응에 참여하는 물질 |
| 생성물 | 반응 결과로 생성되는 물질 |
| 화학식 | 각 물질을 구성하는 원소의 종류와 수를 나타내는 기호 |
| 계수 | 각 물질의 상대적인 양을 나타내는 숫자 |
| 반응 조건 | 반응이 일어나는 데 필요한 조건 (온도, 압력, 촉매 등) |
| 표시 방법 | 반응물과 생성물 사이에 화살표 (→)를 사용하여 반응의 방향을 나타냄 |
| 가역 반응 | 양방향 화살표 (⇌)를 사용하여 나타냄 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있음을 의미 |
| 균형 맞추기 | 반응식의 양변에서 각 원자의 수가 같도록 계수를 조정하는 과정 질량 보존 법칙을 따르도록 함 |
| 예시 | 2H₂ + O₂ → 2H₂O (수소와 산소의 반응으로 물 생성) |
| 참고 사항 | 반응식은 화학 반응에 대한 정량적인 정보를 제공 반응에 필요한 물질의 양과 생성되는 물질의 양을 계산하는 데 사용 |
| 추가 정보 | |
| 역사 | 초기에는 그림이나 다이어그램을 사용 |
| 중요성 | 화학 반응을 이해하고 예측하는 데 필수적인 도구 화학 연구 및 산업에서 널리 사용 |
2. 화학 반응식의 구조 및 표기법
화학 반응식은 반응물(반응 시작 물질)과 생성물(화학 반응 결과 생성된 물질)을 화살표 기호로 연결하여 나타낸다. 반응물은 왼쪽에, 생성물은 오른쪽에 위치하며, 각 물질은 화학식으로 표시하고 그 앞에 '''계수'''를 붙여 분자 수준에서의 반응 관여 정도를 나타낸다. 계수가 명시되지 않으면 1로 간주한다. 여러 물질은 더하기 기호로 구분한다.
예시:
:
(해석: 두 개의 염산 분자와 두 개의 나트륨 원자가 반응하여 두 개의 염화 나트륨 화학식 단위와 한 개의 수소 기체 분자를 생성)
화학 반응에서 반응 전후 물질을 각각 반응물과 생성물이라 하며, 화살표 기호("→")로 구분한다. 반응식 좌변은 '''반응계'''(또는 '''반응물계'''), 우변은 '''생성계'''라고도 한다.
화학량론에 기반한 화학 반응식에서 각 물질은 분자식으로 나타내며, 배수 비례의 법칙과 일정 성분비의 법칙에 따라 계수(기약분수인 정수, 1은 생략)를 붙인다. 이 법칙에 따라 반응식 양변의 각 원자 종류와 총수는 같아야 한다.
예시:
:
(탄소(C)로 산화 구리(II)(CuO)를 환원하여 이산화 탄소(CO2)와 구리(Cu) 생성)
가역 반응은 '↔' 기호로 나타낸다.[3] 열화학 반응식은 반응열을 포함하는데, 흡열 반응은 → 왼쪽에, 발열 반응은 오른쪽에 열을 표기하거나, 식 다음에 엔탈피 변화량(ΔH 또는 dH)을 적는다. 알짜이온 반응식은 이온 반응에서 실제 참여 이온만 나타내며, 미참여 이온은 구경꾼이온이라 한다.
2. 1. 구성 요소
화학 반응식은 화학 반응에 참여하는 반응물과 반응을 통해 생성되는 생성물, 그리고 반응의 진행 방향을 나타내는 화살표 기호(→) 등으로 구성된다. 반응물은 화학 반응식의 왼쪽에, 생성물은 오른쪽에 위치한다.각 물질은 화학식으로 나타내며, 화학식 앞에는 계수라는 숫자가 붙는다. 계수는 반응에 참여하는 물질의 양적 비율(몰수)을 나타낸다. 만약 계수가 명시적으로 작성되지 않았다면, 이는 1을 의미한다. 반응식에서 여러 물질은 더하기 기호(+)로 구분된다.
예를 들어, 염산과 나트륨의 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.[5][6]
:
이 반응식은 "두 개의 염산 분자와 두 개의 나트륨 원자가 반응하여 두 개의 염화 나트륨 화학식 단위와 한 개의 수소 기체 분자를 형성한다"라고 읽을 수 있다.
화학 물질의 물리적 상태를 나타내기 위해, 화학식 뒤에 괄호를 사용하여 표기할 수 있다. (s)는 고체, (l)은 액체, (g)는 기체, (aq)는 수용액을 나타낸다. 예를 들어, 수용액 상태의 염산과 고체 나트륨이 반응하여 수용액 상태의 염화 나트륨과 수소 기체를 형성하는 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:
또한, 기체(↑) 또는 침전물(↓)의 형성을 나타내기 위해 괄호가 없는 화살표를 사용하기도 한다. 예를 들어, 수소 기체가 형성됨을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
:
화학 반응에서 반응 전의 화학 물질을 '''반응물''', 반응 후의 화학 물질을 '''생성물'''이라고 하며, 화살표 기호(일반적인 순방향 반응에서는 "→")로 구분하고, 개별 물질의 화학식은 더하기 기호(+)로 구분한다.
2. 2. 반응 유형 및 관련 기호
화학 반응식에서 반응의 유형을 나타내기 위해 다양한 화살표 기호가 사용된다.[1]- 「=」 기호는 화학량론적 관계를 나타낸다.
- 「→」 기호는 정반응을 나타낸다.
- 「⇄」 기호는 가역 반응(양방향 반응)을 나타낸다.
- 「
<=> 」 기호는 화학 평형을 나타낸다. - 「←→(양두 화살표)」 기호는 공명을 나타낸다.
화학 평형임을 강조하고 싶은 경우에는, 화학 반응식의 화살표는 「→」가 아닌 「
2. 3. 물질의 상태 표시
화학 반응식에서 화학 물질의 물리적 상태를 나타내기 위해, 화학식 뒤에 괄호 안에 기호를 덧붙일 수 있다.이는 상태 또는 상태 변화를 강조하고자 할 때 특히 사용된다.
2. 4. 반응 조건 표시
화학 반응식에서 화살표 위에는 반응 조건을 표시한다. Δ는 반응에 열이 추가되었음을 나타내고, hν|grc는 빛이 추가되었음을 나타낸다.[5] 특정 산이나 염기가 필요한 경우에는 화살표 위에 해당 산이나 염기의 이름을 쓴다. 산성 또는 염기성 매질을 나타내기 위해 H+ 또는 OH-를 화살표 위에 쓰기도 한다. 촉매가 존재하는 경우에도 같은 방식으로 표시할 수 있다.
3. 화학 반응식의 종류
화학 반응식은 반응의 특징에 따라 여러 종류로 나뉜다.
- '''가역적인 반응식''': ↔를 사용하여 반응이 가역적임을 나타낸다.[1]
- '''열화학 반응식'''(열화학 방정식, thermochemical equation영어): 반응물, 생성물 외에 반응열을 표시한다. 흡열 반응에서는 화살표(→)의 왼쪽에, 발열 반응에서는 오른쪽에 열을 표기하거나, 식의 다음에 엔탈피 변화량(ΔH 또는 dH)을 표기한다.[1] 에너지 수지는 우변에 식량 당 발생 열량을 나타내는데, 발열 반응의 경우에는 양(+)의 값, 흡열 반응의 경우에는 음(-)의 값으로 표시된다.[1]
- '''알짜 이온 반응식''': 수용액 등에서 이온 등이 반응하는 경우에, 실제로 반응에 참여한 이온만을 사용하여 나타낸 반응식이다. 반응에 참여하지 않은 이온은 구경꾼 이온이라고 불린다.[9]
- '''반쪽 반응식''': 산화 환원 반응에 사용되는 화학 반응식의 형식이다(전자 을 포함하는 식). 산화 환원 반응에서는 산화 반응과 환원 반응이 짝을 이루는데, 이를 분리하여 나타낸 것을 반쪽 반응식이라고 부른다. 반쪽 반응식에서는 전자의 당량이 좌변과 우변에서 일치하지 않으며, 이 차이는 산화 반응에서 환원 반응으로 전달되는 전자의 당량이 된다.
3. 1. 일반적인 반응식
화학 반응식은 왼쪽에 반응물(반응 시작 물질)을 놓고, 화살표 기호를 넣고, 오른쪽에 생성물(화학 반응으로 생성된 물질)을 놓는 방식으로 구성된다. 각 물질은 화학식으로 나타내며, 그 앞에는 '''계수'''라는 숫자가 붙을 수 있다. 계수는 해당 물질이 분자 수준에서 얼마나 반응에 참여하는지를 나타낸다. 계수가 명시되지 않으면 1로 간주한다. 반응식의 양쪽에서 여러 물질은 더하기 기호로 구분한다.예를 들어, 염산과 나트륨의 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
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화학식이 간단한 경우, 이 반응식은 "두 개의 H-C-L과 두 개의 N-A는 두 개의 N-A-C-L과 H 두 개를 생성한다."와 같이 읽을 수 있다. 복잡한 화학 물질의 경우, IUPAC 명명법을 사용하여 "두 개의 염산 분자와 두 개의 나트륨 원자가 반응하여 두 개의 화학식 단위 염화 나트륨과 한 개의 수소 가스 분자를 형성한다."와 같이 구두화할 수 있다.
화학 물질의 물리적 상태를 나타내기 위해 화학식 뒤 괄호 안에 기호를 추가할 수 있다. (s)는 고체, (l)은 액체, (g)는 기체, (aq)는 수용액을 의미한다. 예를 들어, 수용액 상태의 염산과 고체 (금속) 나트륨이 반응하여 수용액 상태의 염화 나트륨과 수소 기체를 형성하는 반응은 다음과 같다.
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이 반응은 기체 상태의 염화 수소가 반응물로서 염산을 대체한다면 다른 열역학 및 반응 속도론적 특성을 가진다.
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기체(↑) 또는 침전물(↓) 형성을 나타내기 위해 괄호 없이 화살표를 사용하기도 한다. 다음은 수소 기체가 형성됨을 나타내는 예시이다.
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표준 표기법은 모든 반응물을 한쪽에, 모든 생성물을 다른 쪽에, 모든 화학량론적 계수를 양수로만 표시한다. 예를 들어, 메탄올의 탈수 반응은 다음과 같다.
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몇몇 물질과 그들의 화학량론적 계수를 화살표 위 또는 아래로 이동시키는 확장된 형식이 사용되기도 한다. 반응물에는 더하기 기호 또는 아무것도 붙지 않고, 생성물에는 빼기 기호가 붙는다. 그러면 동일한 반응식이 다음과 같이 나타날 수 있다.
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이 표기법은 덜 중요한 물질을 숨기고, 반응 유형을 더 명확하게 하며, 화학 반응식의 연쇄를 용이하게 한다. 이는 다단계 반응 메커니즘을 설명하는 데 매우 유용하다. 화살표 위 또는 아래의 물질은 일반적인 반응물 또는 생성물처럼 반응에서 소비되거나 생성되므로, 촉매가 아니다.
반응 메커니즘에서 사용되는 또 다른 확장 형식은 몇몇 물질을 화살표의 가지로 이동시키는 것이다.
화학 반응식의 양쪽에 음수 화학량론적 계수를 사용하는 것은 권장되지 않는다.[5][6]
화학 반응식에서 각 물질은 분자식으로 나타내는 것이 일반적이다. 반응식 중의 분자식에는 배수 비례의 법칙과 일정 성분비의 법칙에 따르도록 계수가 부여된다. 계수('''화학량수''' 또는 '''화학량론 계수''')에는 기약분수가 되는 정수를 사용하며(단, 1은 표시하지 않음), 후자의 법칙에 따라 우변과 좌변의 각 원자에 대해 종류와 총수는 각각 같아야 한다.
예를 들어, 탄소(C)를 사용하여 산화 구리(II)(CuO)를 환원하여 이산화 탄소(CO2)와 구리(Cu)를 생성하는 반응은 다음과 같이 표시된다.
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3. 2. 열화학 반응식
'''열화학 반응식'''(열화학 방정식, thermochemical equation영어)은 화학 반응에서 에너지 수지를 화학 반응식으로 나타낸 것이다. 에너지 수지는 우변에 식량 당 발생 열량을 나타내는데, 발열 반응의 경우에는 양(+)의 값, 흡열 반응의 경우에는 음(-)의 값으로 표시된다.[1] 반응열은 반응물과 생성물 외에 표시되며, 흡열반응에서는 →의 왼쪽에, 발열반응에서는 오른쪽에 열을 표기하거나, 식의 다음에 엔탈피 변화량(ΔH 또는 dH)을 표기한다.[1]3. 3. 알짜 이온 반응식
알짜 이온 반응식은 수용액 등에서 이온 등이 반응하는 경우에, 실제로 반응에 참여한 이온만을 사용하여 나타낸 반응식이다. 반응에 참여하지 않은 이온은 구경꾼 이온이라고 불린다.[9]이온 반응식은 전해질을 해리된 이온으로 표기하는 화학 반응식이다. 이온 반응식은 단일 치환 반응 및 복분해 반응과 같이 수용액에서 일어나는 반응에 사용된다.
예를 들어, 다음과 같은 침전 반응을 보자.
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전체 이온 반응식은 다음과 같다.
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또는 모든 물리적 상태를 포함하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
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이 반응에서 Ca2+ 이온과 NO3− 이온은 용액에 남아 있으며 반응의 일부가 아니다. 즉, 이 이온들은 화학 반응식의 반응물 측과 생성물 측에서 동일하다. 이러한 이온들은 반응에 참여하지 않으므로, 구경꾼 이온이라고 한다.[9] 구경꾼 이온이 제거된 전체 이온 반응식을 순(net) 이온 반응식이라고 한다. 위의 반응의 순 이온 반응식은 다음과 같다.
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또는, "축소된" 균형 잡힌 형태로 다음과 같이 쓸 수 있다.
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중화 반응 또는 산/염기 반응에서 순 이온 반응식은 일반적으로 다음과 같다.
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수산화 바륨과 인산의 반응처럼, 물 분자 외에 침전물을 생성하는 몇 가지 산/염기 반응이 있다. 이 반응에서는 구경꾼 이온이 없으므로 순 이온 반응식은 전체 이온 반응식과 동일하다.
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탄산염이 산과 반응하는 복분해 반응의 순 이온 반응식은 다음과 같다.
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모든 이온이 "구경꾼 이온"이면 반응이 없었던 것이며 순 이온 반응식은 무효가 된다.
일반적으로, ''zj''가 ''j번째'' 분자의 기본 전하의 배수이면, 전하 중립성은 다음과 같이 작성할 수 있다.
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여기서 ''νj''는 화학량론적 계수이다. 제대로 균형 잡힌 이온 반응식은 다음도 준수해야 한다.[7][8]
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3. 4. 반쪽 반응식
반쪽 반응식은 산화 환원 반응에 사용되는 화학 반응식의 형식(전자 을 포함하는 식)이다.산화 환원 반응에서는 산화 반응과 환원 반응이 짝을 이룬다. 따라서 산화 반응과 환원 반응을 강조하고 싶을 때는 각 반응식을 분리하여 나타낼 수 있는데, 이를 반쪽 반응식이라고 부른다. 그 결과, 반쪽 반응식에서는 전자의 당량이 좌변과 우변에서 일치하지 않는다. 일치하지 않는 부분은 산화 반응에서 환원 반응으로 전달되는 전자의 당량이 된다.
4. 화학 반응식으로 알 수 있는 정보
화학 반응식은 반응물(반응 시작 물질)과 생성물(반응 결과 물질)을 화학식으로 나타내고, 그 앞에 '''계수'''를 붙여 각 물질의 양적 관계를 표현한다. 계수는 반응에 참여하는 각 물질의 개체(예: 분자) 수를 나타내며, 명시되지 않은 경우 1로 간주한다.[17]
예를 들어, 염산과 나트륨의 반응식은 다음과 같다.
:
이 반응식은 "두 개의 염산 분자와 두 개의 나트륨 원자가 반응하여 두 개의 염화 나트륨 화학식 단위와 한 개의 수소 분자를 형성한다"라고 읽을 수 있다.
화학 반응식에서 화살표는 반응의 방향을 나타내며, 다음과 같은 정보를 추가로 표시할 수 있다.
- 반응 조건: 화살표 위에 Δ (열) 또는 (빛)를 표시하여 반응에 필요한 에너지를 나타낸다. 촉매나 특정 반응 조건(온도, 압력, 산/염기 등)도 화살표 위나 아래에 표시할 수 있다.
- 반응 메커니즘: 여러 단계로 이루어진 반응의 경우, 각 단계별 반응식을 나타내거나 중간 생성물을 화살표 위/아래에 표시하여 반응 메커니즘을 나타낼 수 있다.
전해질이 해리된 이온으로 표기하는 화학 반응식은 이온 반응식이다. 이온 반응식은 수용액에서 일어나는 반응에 사용된다.
예를 들어, 다음과 같은 침전 반응에서:
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전체 이온 반응식은 다음과 같다.
:
이 반응에서 Ca2+ 이온과 NO3− 이온은 용액에 남아 있으며 반응의 일부가 아니다. 즉, 이 이온들은 화학 반응식의 반응물 측과 생성물 측에서 동일하다. 이러한 이온들은 반응에 참여하지 않으므로, 구경꾼 이온이라고 한다. 순(net) 이온 반응식은 구경꾼 이온이 제거된 전체 이온 반응식이다.[9] 위의 반응의 순 이온 반응식은 다음과 같다.
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중화 반응 또는 산/염기 반응에서 순 이온 반응식은 일반적으로 다음과 같다.
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'''열화학 반응식'''은 화학 반응식에 에너지 변화량을 함께 나타낸 것이다. 반응열은 생성물 쪽에 표시하며, 발열 반응은 양(+)의 값, 흡열 반응은 음(-)의 값으로 나타낸다.
'''반쪽 반응식'''은 산화 환원 반응에서 산화와 환원 반응을 각각 나타낸 것이다. 반쪽 반응식에는 전자(e-)가 포함되며, 전자의 이동을 통해 산화-환원 반응을 명확하게 보여준다.
5. 화학 반응식 균형 맞추기
화학 반응식은 질량 보존 법칙과 전하 보존 법칙을 만족해야 한다. 즉, 반응 전후에 각 원자의 종류와 개수, 전하량이 같아야 한다. 이를 위해 화학 반응식의 계수를 조절하여 균형을 맞춘다. 화학 반응식에서 계수는 배수 비례의 법칙과 일정 성분비의 법칙에 따라 반응 전후 각 원자의 종류와 총수가 같도록 기약분수가 되는 정수를 사용한다(단, 1은 생략).[17]
예를 들어 탄소(C)를 사용하여 산화 구리(II)(CuO)를 환원하여 이산화 탄소(CO2)와 구리(Cu)를 생성하는 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:
5. 1. 균형 맞추는 방법
화학 반응에서는 핵반응이 일어나지 않으므로, 화학 원소는 반응을 거치면서 변하지 않는다. 따라서 화학 반응식의 각 변은 특정 원소의 동일한 수의 원자를 나타내야 한다. 전하 보존 법칙에 의해, 총 전하에 대해서도 동일하게 적용된다. 이러한 요구 사항을 준수하는 방정식을 '''균형'''이라고 한다.[7]화학 반응식은 화학량론 계수에 적절한 값을 할당하여 균형을 맞춘다. 간단한 방정식은 육안으로, 즉 시행착오를 통해 균형을 맞출 수 있다. 다른 기술로는 선형 방정식계를 푸는 방법이 있다.[7]
균형 반응식은 일반적으로 가장 작은 자연수 계수로 작성된다. 하지만 다른 계수를 단순화하는 경우 분수 계수를 허용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 다음 반응식으로 다시 쓸 수 있다.[7]
:
어떤 경우에는 분수 계수가 불가피하다. 예를 들어, 표준 생성 엔탈피에 해당하는 반응은 단일 생성물의 분자 하나가 생성되도록 작성해야 한다. 이는 플루오린화 리튬의 생성과 같이 일부 반응물 계수가 분수여야 함을 요구하는 경우가 많다.[7]
:
이 화학 반응식은 먼저 P 원자의 수를 맞추기 위해 H3PO4에 4를 곱하고, H와 O 원자의 수를 맞추기 위해 H2O에 6을 곱하여 균형을 맞춘다.
계산 방법은 가장 복잡한 물질의 화학량론적 계수를 1로 설정하고, 방정식의 양쪽에서 각 원소의 원자 수가 같도록 다른 계수에 값을 차례로 할당하는 방식으로 요약할 수 있다. 이 과정에서 분수 계수가 발생하면, 모든 계수에 최소 공배수를 곱하여 (언제든지) 분수를 제거할 수 있다.[7]
; 예시
메테인의 완전 연소에 대한 화학 반응식의 균형을 맞추는 방법[7]
:::
는 다음과 같이 수행된다.
# 가장 복잡한 화학식 (CH4) 앞에 1의 계수를 둔다.[7]
#:
# 좌변에는 1개의 탄소 원자가 있으므로, 1분자의 CO2가 균형을 이룰 것이다. 또한 좌변에는 4개의 수소 원자가 있으며, 이는 2분자의 H2O에 의해 균형을 이룰 것이다.[7]
#:
# 우변의 4개의 산소 원자는 2분자의 O2에 의해 균형을 이루어 방정식이 생성된다.[7]
#:
# 1과 같은 계수는 명시적으로 지정할 필요가 없으므로 생략한다.[7]
#:
# 최종 방정식의 균형이 맞는지, 즉 각 원소에 대해 좌변과 우변에 원자 수가 동일한지 (탄소 1개, 수소 4개, 산소 4개) 확인하는 것이 좋다.[7]
=== 선형 방정식 및 행렬 방법 ===
각 화학 원소(또는 핵종, 또는 변하지 않는 부분 또는 전하)에 대해, 그 보존 요구사항은 다음의 수학 방정식으로 표현될 수 있다.[7]
:
여기서[7]
- 는 물질 분자 내의 원소 의 원자 수(화학 반응식의 화학식당)이고,
- 는 물질 의 화학량론 계수이다.
이것은 동차 선형 연립 방정식을 생성하며, 이는 수학적 방법을 사용하여 쉽게 풀 수 있다. 이러한 시스템은 항상 모든 0인 자명해를 가지는데, 우리는 이것에 관심이 없지만, 추가적인 해가 있다면 무한히 많을 것이다. 임의의 비자명해는 화학 반응식의 균형을 맞출 것이다. "선호되는" 해는 정수, 대부분 양의 화학량론 계수를 가지며 최대 공약수는 1이다.[7]
이전 절의 화학 반응식에 대한 화학 양론 계수에 변수를 할당하고 해당 선형 방정식을 작성해 보면 다음과 같다.[7]
:
이 선형 방정식 시스템의 모든 해는 다음 형태이다. 여기서 은 임의의 실수이다.[7]
:
을 선택하면 선호하는 해가 얻어진다.[7]
:
이것은 균형 잡힌 화학 반응식에 해당한다.[7]
:
이전 절에서 소개된 선형 방정식 체계는 효율적인 행렬 형식을 사용하여 작성할 수도 있다. 먼저, 반응물 및 생성물 화학 양론 계수 를 통합하기 위해 다음과 같은 양을 도입한다.[7]
:
이를 화학 양론수라고 하며, 선형 방정식을 다음과 같이 단순화한다.[7]
:
여기서 는 화학 반응식에 있는 반응물 및 생성물 물질(화학식)의 총 개수이다.[7]
조성 행렬의 행 와 열 에 값 를 배치하고,[7]
:
화학 양론수를 화학 양론 벡터로 정렬하면,[7]
:
방정식 체계를 단일 행렬 방정식으로 표현할 수 있다.[7]
:
이전과 마찬가지로 행렬 방정식을 풀 수 있는 임의의 0이 아닌 화학 양론 벡터 는 화학 반응식의 균형을 맞춘다.[7]
행렬 방정식의 해 집합은 행렬 의 커널이라고 하는 선형 공간이다. 이 공간이 0이 아닌 벡터 를 포함하려면, 즉 양의 차원 을 가지려면, 조성 행렬 의 열이 선형 독립적이지 않아야 한다. 따라서 화학 반응식의 균형을 맞추는 문제는 조성 행렬의 차원 커널을 결정하는 문제가 된다. 인 경우에만 균형 문제에 대한 고유한 선호 해가 있음을 주목하는 것이 중요하다. 인 경우, 개가 선형 독립적인 무한히 많은 선호 해가 있다. 인 경우 사용할 수 없는 자명한 해인 영 벡터만 존재한다.[7]
결정적이고 균형 문제에 대한 모든 해를 산출한다는 점에서, 검토 및 보다 빠르게 균형 문제에 대한 개의 독립적인 해 집합을 계산하기 위해 기술이 개발되었다.[7][8]
; 예시
동일한 화학 반응식을 사용하여 해당 행렬 방정식을 다시 작성한다.[7]
:
:
해는 다음과 같은 형태이다. 여기서 은 임의의 실수이다.[7]
:
을 선택하고 처음 두 행의 부호를 뒤집으면 균형 문제에 대한 선호 해가 생성된다.[7]
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6. 한국의 화학 산업과 화학 반응식
한국의 화학 산업은 정밀화학, 석유화학, 의약품, 신소재 등 다양한 분야에서 화학 반응을 기반으로 발전해왔다. 화학 반응식은 이러한 산업 현장에서 공정 최적화, 신물질 개발, 환경 문제 해결 등에 중요한 역할을 수행한다.
참조
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간행물
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문서
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논문
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고등학교 과학
천재교육
2011
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