[중학교 3학년/ 과학3] 화학 반응의 법칙/ 핵심정리/ 요약

성냥을 태우는 상황을 가정해보자. 성냥을 태우고 나면 적은 양의 재만 남아있는것을 우린 경험적으로 알고있다. 그렇다면 물질을 태우고 나면 질량이 가벼워지는 것일까? 정답은 그렇지 않다. 반대로 물이 얼어 얼음이 되거나, 물이 끓어 수증기가 되어도 질량은 변하지 않는다. 앙금이 생성되거나 기체가 발생하는 화학 반응이 일어나면 질량은 어떻게 될까? 화학 반응이 일어날 때 물질을 이루는 원자나 이온은 배열만 달라질 뿐 새롭게 생기거나 없어지지 않는다. 따라서 화학 변화가 일어난 후에도 전체 질량은 달라지지 않는다. 이처럼 화학 반응이 일어날 때 반응 전과 후 물질 전체의 질량은 변하지 않는데, 이를 질량 보존 법칙이라고 한다.

연소 반응을 실험하는 학생 그림

 

질량보존법칙 요약1

질량 보존 법칙

종이를 태우면 이산화 탄소, 수증기 등 기체가 발생하고, 이 기체들이 공기 중으로 날아가므로 반응 후 질량이 감소한다. 이와 달리 강철 솜을 태우면 강철 솜이 공기 중의 산소와 결합하여 산화 철이 생성되므로 반응하면서 결합한 산소의 질량만큼 반응 후 질량이 증가한다. 이처럼 화학 반응이 일어날 때 반응물이나 생성물에 기체가 포함되어 있으면 반응 후 전체 질량이 달라지는 것처럼 보인다. 하지만 그림 5 에서와 같이 공기 중으로 날아간 기체의 질량이나 연소하면서 결합한 산소의 질량까지 모두 고려하면 화학 반응이 일어날 때 전체 질량은 변하지 않는다.

 

질량보존법칙 요약2

일정 성분비 법칙

화합물은 두 종류 이상의 원소가 결합하여 만들어지는 순물질이다. 화합물을 이루는 구성 원소들의 질량 사이에 어떤 관계가 성립하는지 알아보자. 화합물이 생성될 때 각각의 구성 원소들 사이에 일정한 질량비가 성립한다. 예를 들어 수소와 산소가 결합하여 물이 생성되는 반응에서 수소와 산소는 항상 1 : 8의 질량비로 결합한다. 두 가지 이상의 물질이 반응하여 새로운 화합물이 생성될 때 반응하는 물질 사이에 일정한 질량비가 성립하는 것을 일정 성분비 법칙이라고 한다. 즉, 화합물이 생성될 때 반응하는 물질이 단순히 섞이는 것이 아니라 일정한 비율로 결합하는 것이므로 반응물 중 양이 적은 것에 의해 생성물의 양이 제한된다.

일정 성분의 법칙

 

기체 반응 법칙

화학 반응에서 화합물이 생성될 때 반응하는 물질 사이에 일정한 질량비가 성립 하는 것처럼 기체들이 서로 반응하여 새로운 화합물이 생성될 때 기체들의 부피 사이에도 일정한 비율이 성립하는지 알아보자.

수소와 산소가 반응하여 수증기를 생성할 때 반응물인 수소, 산소의 부피에 따라 생성물인 수증기의 부피가 달라진다. 수증기 합성 실험을 통해 수소, 산소, 수증기 사이에 항상 2 : 1 : 2의 부피비가 성립하는 것이 밝혀졌다. 질소와 수소가 반응하여 암모니아를 생성할 때도 각 기체 사이에 1 : 3 : 2의 부피비가 성립한다. 이처럼 온도와 압력이 일정할 때 반응하는 기체와 생성되는 기체의 부피 사이에 간단한 정수비가 성립하는 것을 기체 반응 법칙이라고 한다.

 

기체 반응의 법칙