일정 성분비의 법칙

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일정 성분비의 법칙(一定 成分比- 法則) 또는 정비례의 법칙(定比例- 法則)이란, 한 화합물을 구성하는 각 성분 원소들의 질량비가 일정하다는 법칙으로, 1799년 프랑스의 화학자이자 약학자인 조제프 루이 프루스트(Joseph Louis Proust)가 발견하였다.

예를 들자면, 원자량 1 만큼의 수소 원자(H)에 대해서는 언제나 원자량 8 만큼의 산소 원자(O)가 반응하여 그 결과 물(H2O)이 생긴다. 만약 물에서 수소 원자가 차지하는 질량이 2.5g라면, 산소 원자가 차지하는 질량은 20g이 되어, 수소:산소의 질량 비는 언제나 1 : 8이 된다.

역사

이 관찰은 1798년과 1804년 사이에 실행된 여러 실험들을 바탕으로 프랑스의 화학자 Joseph Proust에 의해 처음 만들어졌다. 일정 성분비의 법칙은 현대 화학자들에게 너무나도 당연하게 보일 수 있다. ( 모든 화학적 화합물에 내재하고 있기 때문에 ) 그러나 화학적 화합물의 개념이 완전히 개발되지 않은 18세기 후반까지는, 그 법칙은 소설이었다. 사실 처음 그 법칙을 주장했을 때, 그것은 논란이 많은 발언이었고 다른 화학자들로부터 반대를 많이 받았다. 특히 Claude Louis Berthollet 이라는 프랑스인은 원소들이 어떠한 비율로든지 결합할 수 있다고 주장했다. 이 논쟁의 존재로 보아, 그 당시에는 순전한 화학적 화합물과 혼합물의 구별이 완전히 개발되지 않았음을 알 수 있다.

일정 성분비의 법칙은, John Dalton이 세운 원자 이론의 이론적인 기초로서 기여했다. ( 원자이론은 물질이 별개의 원자을 포함하는 것이며, 각각의 원소에 대해 한 종류의 원자가 있다고 했고, 화합물들은 다른 원자들의 고정된 비율의 조합에 의해 만들어진다는 것이다) 연관된 개념은 영국의 화학자인 William Prout의 Prout's hypothesis가 있다. 그는 수소 원자가 원자의 근본적인 단위라고 주장했다. 이 가정으로부터 정수 숫자의 법칙이 얻어졌다. (원자 질량은 수소 질량의 정수배라는 법칙). 이것은 1820년과 1830년에 원자 질량에 대한 정제된 측정 방식이 개발되면서 거부되었다. 특히 Jöns Jacob Berzelius에 의해 염소의 원자량이 35.45라고 밝혀졌기 때문에, 이것은 가설에 모순이 되었다. 1920년대 이후로, 이 차이들은 동위원소들의 존재로 인해 설명되었다. 여느 동위원소들의 원자량은 정수 숫자의 법칙을 만족시키는데 매우 가깝다. 결합에너지의 차이 때문에 생긴 질량 결함이다.

화학량적이지 않은 화합물들

현대 화학의 기초에 매우 유용했지만, 일정 성분비의 법칙은 전우주적으로 참인 것은 아니다. 샘플에 따라서 원소 구성이 달라질 수 있는 화학량적이지 않은 화합물들이 존재한다. 그것들은 배수 비례의 법칙을 따른다. 하나의 예시는 iron oxide wüstite이다. 그것은 0.83에서 0.95의 철 원자들을 각각의 산소 원자로 포함할 수 있다. 그래서 23%에서 25%의 질량비의 산소를 포함하게 된다. 이상적인 식은 FeO이지만, 결정학적으로 빈 공간 때문에 그것은 Fe0.95O로 줄어들 수 있다. 일반적으로, Proust의 측정들은 그러한 변화들을 감지하기에는 충분히 정확하지 못했다.

게다가, 원소들의 동위원소적인 구성은 그것의 유래에 따라 변할 수 있다. 그래서 그것의 순수한 화학량적 화합물의 질량에 대한 기여는 달라질 수 있다. 이 변화는 지질화학적 연대측정에서 사용된다. 왜냐하면 우주적, 대기적, 해양적, 지각적, 그리고 지구 깊은 곳의 과정들은 선호에 따라 더 가볍거나 더 무거운 동위원소들에 집중할 수 있기 때문이다. 수소와 그것의 동위원소들을 제외하면, 이 효과는 대부분 작다, 그러나 현대 기기로는 측정이 가능하다.

추가로, 많은 자연적 중합체들은 심지어 ‘순수할 때’도 구성에서 차이를 지닌다. (예를 들어 DNA, 단백질, 탄수화물) 중합체들은 분자식이 유일하고 화학량론이 일정해도 일반적으로 ‘순수한 화학적 화합물’로 고려되지 않는다. 이러한 비정상적인 사례들은, 동위원소적인 다양함으로 법칙을 여전히 위배할 수 있다.

같이 보기[편집]

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