물질은 입자로 이루어져 있을까?

1차시

교과서

72～73

생각 열기, 생각 넓히기

Ⅱ. 물질의 구성

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원소

1

(1) 원소 : 어떠한 방법으로도 더 이상 분해되지 않는, 물질을 이루는 기본 성분이다.

(2) 육지, 바다 및 공기를 이루는 원소 : 육지나 바다를 이루는 원소 중 가장 많은 원소는 산소이고, 공기를 이루는 원소 중 가장 많은 원소는 질소이다.

원자

2

(1) 입자설 : 물질은 더 이상 쪼갤 수 없는 입자로 이루어져 있다. 입자와 입자 사이에는 빈 공간이 존재한다는 이론

▴ 흑연의 전자 현미경 사진

(사진의 검은 부분은 빈 공간을 나타낸 것이다.)

(2) 연속설 : 물질은 연속적이어서 무한이 쪼개면 사라진다. 물질 속에는 빈 공간이 없다는 이론

□  물질에 대한 생각은 어떻게 변해 왔을까?

2차시

교과서

74～77

1.물질관의 변천

Ⅱ. 물질의 구성

고대 물질관의 변화

1

(1) 1원소설(탈레스) : 모든 물질의 근원은 물이다.

(2) 4원소설(엠페도클레스) : 모든 물질의 근원은 물, 불, 흙, 공기의 4가지 성분으로 되어 있다.

(3) 4원소설(아리스토텔레스) : 물, 불, 흙, 공기의 4가지 기본 성분으로 되어 있고, 이 4가지 원소는 뜨겁고, 차갑고, 습하고, 건조한 성질의 조합에 의해서 다른 원소로 바뀔 수 있다. → 중세 시대의 연금술에 영향을 미쳤음.

(4) 동양의 5행설 : 물질은 수(水), 화(火), 목(木), 금(金), 토(土)의 5가지 원소로 이루어져 있다.

연금술

2

(1) 원소는 불변의 것이 아니므로 값싼 금속으로부터 금을 만들 수 있다.

(2) 아리스토텔레스의 4원소설의 영향을 받았으며, 화학의 발전에 큰 공헌을 하였다.

보일

3

(1) 모든 물질이 4가지 원소로 구성되어 있다는 생각을 부정하고 새로운 원소 개념 제안

(2) 어떤 물질이 몇 개의 다른 물질로 분해된다면 그 물질은 원소가 아니라고 하였다.

라부아지에

4

(1) 원소 개념을 실험적으로 증명하였다.

(2) 물을 서로 다른 두 성분으로 분해하여 물이 원소가 아니라는 것을 밝혔다.

(3) 원소를 ‘현재까지의 방법으로 더 이상 분해할 수 없는 물질’로 정의하고, 33종의 원소를 발표하였다.

▴ 라부아지에의 물분해 실험

□  원소에는 어떤 것이 있을까?

3차시

교과서

74～77

1.물질관의 변천

Ⅱ. 물질의 구성

원소

1

(1) 물질을 이루는 기본 성분

(2) 어떠한 화학적 방법으로도 더 이상 분해되지 않는다.

원소의 종류

2

(1) 자연에 존재하는 원소는 92가지

(2) 인공으로 만든 원소를 합하면 현재까지 알려진 원소는 약 110가지임

(3) 지각을 이루는 원소 : 산소, 규소, 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘의 8가지 원소

(4) 인체의 구성 원소 : 산소, 탄소, 수소, 질소 등

□  원소를 기호로 나타내면 좋은 점이 무엇일까?

4～5

차시

교과서

82～85

2. 원소와 주기율표

Ⅱ. 물질의 구성

원소 기호

1

(1) 원소를 이름 대신 기호를 사용하여 간단하게 나타낸 것

(2) 돌턴이 사용한 원소 기호

① 그림을 된 기호 사용

② 원소의 종류가 많아지면서 기호가 복잡하고 그리기가 불편하여 사용하지 않게 됨.

(3) 현재의 원소 기호

① 베르셀리우스가 처음으로 그림보다 문자를 사용하는 것이 편리하다고 제안.

▴ 원소 기호의 변천 과정

연금술사

돌

턴

현

대

원소 기호를 나타내는 방법

▴ 원소 표현의 예

21

(1) 원소 이름의 첫 알파벳 글자를 대문자로 쓰거나 중간 글자를 소문자로 함께 써서 원소를 표시한다.

(2) 오래 전부터 알려진 원소 : 라틴 어나 그리스 어로 나타낸 원소 이름을 이용하여 나타난다.

□ Fe(철, Ferrum), Cu(구리, Cuprum)

(3) 최근에 알려진 원소 : 영어 이름에서 따온 원소 기호를 사용하여 나타낸다.

□ O(산소, Oxygen), C(탄소, Carbon)

▾<표> 여러 가지 원소의 이름과 원소 기호(괄호 안은 영어 이름을 나타낸 것이다.)

원소 이름	원소 기호	원소 이름	원소 기호	원소 이름	원소 기호
수소 (Hydrogen)	H	헬륨 (Helium)	He	탄소 (Carbon)	C
질소 (Nitrogen)	N	산소 (Oxygen)	O	네온 (Neon)	Ne
나트륨 (Sodium)	Na	마그네슘 (Magnesium)	Mg	알루미늄 (Aluminium)	Al
규소 (Silicon)	Si	인 (Phosphorus)	P	황 (Sulfur)	S
염소 (Chlorine)	Cl	아르곤 (Argon)	Ar	칼륨 (Potassium)	K
칼슘 (Calcium)	Ca	철 (Iron)	Fe	구리 (Copper)	Cu
아연 (Zinc)	Zn	은 (Silver)	Ag	아이오딘 (Iodine)	I
금 (Gold)	Au	수은 (Mercury)	Hg	납 (Lead)	Pb

원소 기호를 나타낼 때의 장점

31

(1) 원소를 간단하게 표시할 수 있다.

(2) 다른 원소와도 구별하기 쉽다.

(3) 세계 어디에서나 공통으로 사용할 수 있어 편리하다.

□  원소들을 성질에 따라 어떻게 분류할 수 있을까?

6차시

교과서

86～87

2. 원소와 주기율표

Ⅱ. 물질의 구성

금속 원소

1

(1) 구리, 철, 아연 등과 같이 각각 고유한 광택을 가진 원소

▴금속의 연성과 전성을

이용한 알루미늄 제품

(2) 단단하며, 힘을 가해도 잘 깨지지 않는다.

(3) 가느다란 실처럼 길게 뽑을 수 있는 연성(뽑힘성)과 얇은 판처럼 넓게 펼 수 있는 전성(퍼짐성)을 가지고 있다.

(4) 열과 전기를 잘 통하는 성질을 지닌다.

비금속 원소

2

(1) 연성이나 전성이 없기 때문에 힘을 가하면 쉽게 깨지거나 부서진다.

▴황가루

(2) 열이나 전기 전도성이 매우 작다.

(3) 수소, 산소, 질소 등과 같이 기체 상태로 존재하는 원소들이 많다.

□  원소들을 성질에 따라 어떻게 분류할 수 있을까?

7차시

교과서

86～87

2. 원소와 주기율표

Ⅱ. 물질의 구성

불꽃 반응

1

(1) 금속 원소가 포함된 물질을 겉불꽃 속에 넣을 때 원소에 따라 고유한 불꽃색이 나타나는 현상

▴ 여러 가지 원소의 불꽃색

원소	리튬(Li)	나트륨(Na)	칼륨(K)
불꽃색
	붉은색	노란색	보라색
원소	칼슘(Ca)	스트론튬(Sr)	구리(Cu)
불꽃색
	붉은색	노란색	보라색

(2) 불꽃 반응의 특징

① 실험 방법이 매우 간단하다.

② 적은 양의 물질로도 성분 원소를 알아 낼 수 있다.

③ 화합물을 분해하지 않아도 성분 원소를 알 수 있다.

④ 화합물이 달라도 같은 원소를 포함하고 있으면 같은 불꽃색을 나타낸다.

선스펙트럼

2

(1) 어떤 원소의 불꽃을 분광기로 볼 때 일부의 색깔만 밝은 색으로 나타나는 스펙트럼

∙연속 스펙트럼 : 햇빛이나 백열전등의 빛을 프리즘에 통과시킬 때 연속적인 색깔로 나타나는 스펙트럼

(2) 스펙트럼 분석의 특징

① 원소의 종류마다 스펙트럼이 모두 다르다.

② 불꽃색이 비슷하여 구별하기 어려운 경우에도 원소를 구별할 수 있다.

▴ 리튬과 스트론튬의 선 스펙트럼

□  주기율표는 어떻게 구성되어  있을까?

8차시

교과서

90～91

2. 원소와 주기율표

Ⅱ. 물질의 구성

주기율표의 분류

1

(1) 뉼렌즈(1863년) : 원소를 원자량이 증가하는 순으로 배열하면 여덟 번째마다 성질이 비슷한 원소가 나타난다는 옥타브설을 제안하였다.

∙모든 원소에 적용될 수 없어서 인정받지 못함.

(2) 멘델레예프(1869년)

① 63가지 원소들의 성질을 카드에 적어 나열하였다.

② 원소를 원자량의 순서로 배열할 때 화학적 성질이 비슷한 원소들이 일정한 간격을 두고 주기적으로 나타나는 것을 알아내었다.

③ 발견되지 않은 원소들의 빈자리를 남겨 두었고, 빈자리에 위치할 몇 가지 원소들의 존재를 예측하였다. → 예측한 원소들이 실제로 발견되었음

(3) 오늘날의 주기율표 : 원자량의 순서를 원자 번호 순서로 나타낸 것이다.

▴ 원소의 주기율표

주기율과 주기율표

2

(1) 주기율 : 원소들의 성질이 주기적으로 나타나는 것

(2) 주기율표 : 주기율에 따라 원소들을 가로와 세로로 배열한 표

(3) 주기와 족

① 주기 : 주기율표에서 가로줄이 원소의 성질이 주기적인 규칙성을 가지고 변하는 것

㉠ 1주기부터 7주기까지 있다.

㉡ 아래 주기로 갈수록 원소의 수가 많아진다.

② 족 : 주기율표에서 세로줄에 화학적 성질이 비슷한 원소들이 모여 있는 것

㉠ 1족부터 18족까지 있다.

㉡ 아래 주기로 갈수록 원소의 수가 많아진다.

□ 1족 원소들(나트륨(Na), 리튬(Li), 칼륨(K))의 특징

∙ 상온에서 고체 상태

∙ 칼로 자를 수 있을 만큼 무른 금속

∙ 물과 격렬하게 반응하면서 수소 기체 발생 → 석유나 벤젠 속에 넣어 보관

□ 17족 원소들(염소, 브로민, 아이오딘)의 특징

∙ 비금속 원소

∙ 물과 발 반응하지 않는다.

□  주기율표는 어떻게 구성되어  있을까?

9차시

교과서

94～95

2. 원소와 주기율표

Ⅱ. 물질의 구성

주기율표의 유용성

1

(1) 원소 이름, 원소 기호 등을 알 수 있다.

(2) 원소가 속한 주기율표 상의 위치에 따라 금속 원소인지 비금속 원소인지 알 수 있다. → 주기율표에서 금속 원소들은 왼쪽에, 비금속 원소들은 오른쪽에 배치되어 있다.

▴ 주기율표에서 1족과 18족 원소들의 위치

(3) 어떤 원소가 속해 있는 족과 주기를 알게 해 준다. → 같은 족에 속하는 한 원소의 성질을 알고 있으면 나머지 원소의 성질도 어는 정도 예측할 수 있음

(4) 주기율표는 원소들의 공통된 성질, 원소에 대한 다양한 정보 제공 →  과학에서 매우 유용한 도구

□  물질을 계속 쪼갤 수 있을까?

10차시

교과서

98～99

3. 원자와 이온

Ⅱ. 물질의 구성

연속설과 입자설

1

(1) 아리스토텔레스의 물질관(연속설)

① 물질은 빈 공간 없이 연속적으로 되어 있으며, 물질을 계속 쪼개면 물질을 결국 없어질 것이다.

② 주사기 속은 빈 공간 없이 연속적으로 채워져 있다. → 피스톤을 누르면 공기가 진해지고, 피스톤을 놓으면 공기가 옅어진다.

(2) 데모크리스토스의 물질관(입자설)

① 빈 공간 속에 작은 입자들이 채워져서 물질을 형성하며, 물질을 계속 쪼개면 더 이상 나누어지지 않는 기본 입자에 도달할 것이다.

② 주사기 속은 작은 공기 입자와 빈 공간으로 이루어져 있다. → 입자 사이에 빈 공간이 있기 때문에 피스톤을 누르면 입자와 입자 사이의 거리가 가까워져서 부피가 줄어든다.

원자

2

(1) 원자 : 물질을 이루고 있는 가장 작은 입자로, 더 이상 쪼갤 수 없다.

(2) 데모크리스토스(기원전 4세기) : 물질은 더 이상 나눌 수 없는 기본 입자인 원자와 빈 공간으로 이루어져 있다고 생각하였다.

□  물질을 계속 쪼갤 수 있을까?

11차시

교과서

100～101

3. 원자와 이온

Ⅱ. 물질의 구성

보일의 J자관 실험

▴ 보일의 J자관 실험

1

(1) J자 모양의 관에 수은을 넣고 수은의 양을 증가시킬 때 관 안에 들어 있던 공기의 부피가 줄어드는 것을 발견하였다. → 공기는 작은 입자로 구성되어 있고, 작은 입자 사이에는 빈 공간이 있을 것이라고 가정

(2) 고대의 원자설을 이어갈 수 있는 토대를 마련

돌턴의 원자설

2

(1) 물질이 반응할 때 반응 전 전체 질량과 반응 후 전체 질량이 변하지 않는다는 등의 몇 가지 실험 사실들을 설명하기 위해 원자의 존재를 가정 → 물질은 원자로 이루어져 있고 원자는 더 이상 나누어지지 않는다고 함

▴ 돌턴의 원자 가설

오늘날의 원자

3

(1) 원자의 존재가 확인됨

(2) 물질은 최소 입자인 원자로 이루어져 있으며, 같은 종류의 원자가 모여 원소를 이룬다. → 물질은 다른 물질로 분해되지 않는 성분인 원소로 이루어져 있으며, 원소는 같은 종류의 원자로 이루어져 있다.

물질이 입자로 이루어져 있다는 증거

4

(1) 두 가지 물질 섞어 보기 : 100 mL 눈금 실린더에 콩과 좁쌀을 각각 40 mL씩 넣은 다음 콩이 담긴 실린더에 좁쌀을 섞어서 부피를 측정하면 두 물질을 합한 부피보다 적다.

(2) 시험관에 물을 넣고 에탄올을 시험관 끝까지 채운 후 엄지손가락으로 시험과  입구를 막고 뒤집으면 시험관 끝에 빈 공간이 생긴다.

□  원자는 무엇으로 이루어져  있을까?

12～13차시

교과서

102～104

3. 원자와 이온

Ⅱ. 물질의 구성

원자의 크기

1

(1) 수소 원자의 크기 : 지름이 약 [eqn: { 1} over { 10^{10 } }] m로, 원자 중에 크기가 가장 작다.

(2) 수소 원자, 축구공, 축구장의 크기 비교

수소 원자의 지름 = [eqn: {1} over {10 ^{10}}] m

축구공 1개의 지름= 같은 크기의 수소 원자 약[eqn: ^{ 10}9][eqn: 10 ^{9}]개를 늘어놓은 크기

축구장 길이

= 같은 크기의 축구공 약 1000개

원자의 구성

2

(1) 전자(톰슨, 1897년)

① 톰슨의 전자 발견 : 유리관 양쪽 전극에 높은 전압을 걸어 주었을 때 유리관 내에서 흐르는 전류가 음(-)전하를 띤 입자의 흐름이라는 것을 알아내었다.

② 톰슨이 제안한 원자 모형 : (+)전하를 띠고 있는 구 전체에 전자들이 띄엄띄엄 균등하게 박혀 있다.

▴ 톰슨의 원자 모형

③ 전자 : 음(-)전하를 띤 입자의 흐름

(2) 원자핵(러더퍼드, 1911년)

① 러더퍼드의 원자핵 발견 실험 : 알파(α) 입자를 얇은 금박에 충돌시켰을 때 대부분의 α 입자는 금박을 통과하였으나 몇몇 입자는 반사되거나 휘어졌다. → 원자는 내부의 대부분이 텅 비어 있고, 그 중심에 (+)전하를 띤 작은 부분이 있다고 제안하였음

▴ 원자핵 발견 실험

② 러더퍼드가 제안한 원자 모형 : 원자의 중심에 (+)전하를 띤 원자핵이 있고, 그 주변을 (-)전하를 띤 전자가 돌고 있다. → 중심에 태양이 있고 그 주위를 행성이 도는 것과 유사한 모형

▴ 러더퍼드의 원자 모형

③ 원자핵 : 원자의 중심에 있는 (+)전하를 띤 부분

㉠ 원자핵이 (+)전하를 띠는 이유 : (+)전하를 띠는 양성자가 있기 때문

㉡ 원자는 전기적으로 중성 : 양성자의 (+)전하량은 전자의 (-)전하량과 같고, 한 원자의 원자핵에 들어 있는 양성자 수는 전자 수와 같기 때문

④ 양성자수 : 주기율표에 제시된 원자 번호

∙ 원자의 종류에 따라 양성자 수가 다르다.

▴ 탄소 원자의 구성과 원자 모형

□  이온은 어떻게 만들어질까?

14차시

교과서

108～109

3. 원자와 이온

Ⅱ. 물질의 구성

이온

1

(1) 이온 : 전자의 이동에 의해 전하를 띤 입자

(2) 양이온과 음이온

① 양이온 : 전자를 잃어서 (+)전하를 띤 입자

② 음이온 : 전자를 얻어서 (-)전하를 띤 입자

이온의 형성

2

(1) 양이온 형성 : 중성인 원자가 (-)전하를 띤 전자를 잃으면 (-)전하의 총량이 (+)전하의 총량보다 작아져서 (+)전하를 띤다.

(2) 음이온 형성 : 중성인 원자가 전자를 얻으면 (-)전하의 총량이 (+)전하의 총량보다 많아져서 (-)전하를 띤다.

▴ 이온의 형성

□  이온은 어떻게 만들어질까?

15차시

교과서

109～110

3. 원자와 이온

Ⅱ. 물질의 구성

이온의 표시

1

(1) 원소 기호와 원소 기호의 오른쪽 위에 이온이 띠고 있는 전하의 종류와 잃거나 얻은 전자의 수를 함께 나타낸다.

▴ 이온의 표시

여러 가지 양이온과 음이온

2

(1) 주기율표에서 양이온과 음이온

① 주기율표에서 왼쪽에 있는 나트륨, 마그네슘, 칼슘과 같은 금속 원소들은 전자를 잃고 양이온이 되기 쉬운 경향이 있다.

② 주기율표의 오른쪽에 있는 염소, 아이오딘과 같은 비금속 원소들은 전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 경향이 있다.

(2) 몇 가지 양이온과 음이온

양이온	음이온
리튬 이온(Li+)	염화 이온(Cl-)
칼륨 이온(K+)	아이오딘화 이온(I-)
마그네슘 이온(Mg2+)	산화 이온(O2-)
칼슘 이온(Ca2+)	황화 이온(S2-)

(3) 이온의 이름

① 양이온 : 원소의 이름에 ‘이온’을 붙여 읽는다. Na+는 나트륨 이온으로 읽는다.

② 음이온 : 원소의 이름에 ‘화 이온’을 붙여 읽는다. 이름에 ‘소’가 있는 경우에는 소를 빼고 ‘화 이온’을 붙인다. O2-는 산화 이온이라고 읽는다.

(4) 주변의 여러 종류의 이온들

① 탄산음료 :수소 이온(H+), 탄산 이온(CO32-) 등

② 바닷물 : 나트륨 이온(Na+), 염화 이온(Cl—) 등

③ 생수 : 염화 이온(Cl—), 나트륨 이온(Na+), 마그네슘 이온(Mg2+), 칼슘 이온(Ca2+), 칼륨 이온(K+) 등