13년 1회차

주어진 납 원자 개수를 아보가드로수로 나누면 몰수를 구할 수 있고, 여기에 원자량을 곱하면 질량이 된다.

$n = \dfrac{2.55\times10^{23}}{6.02\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}} \approx 0.424\ \mathrm{mol}$

$m = 0.424\ \mathrm{mol} \times 207.2\ \mathrm{g/mol} \approx 87.8\ \mathrm{g}$로 계산되는 값이 정답이다.

PbCl₂는 물에서 Pb²⁺와 2Cl^-로 해리되므로, 용해도를 s라 하면 [Pb²⁺]=s, [Cl^-]=2s이다.

$K_{sp} = s(2s)^2 = 4s^3 = 1.6\times10^{-5}$

$s = \left(\dfrac{1.6\times10^{-5}}{4}\right)^{1/3} \approx 1.6\times10^{-2}\ \mathrm{mol/L}$로 계산되는 값이 정답이다.

탄소-탄소 결합이 모두 단일결합이면 alkane, 이중결합이 있으면 alkene, 삼중결합이 있으면 alkyne이라 부르는 것은 옳은 설명이다.

가장 간단한 alkyne은 탄소 2개로 이루어진 아세틸렌(C₂H₂, 에타인)이다. 프로필렌은 본래 탄소 3개짜리 alkene(C₃H₆)의 이름이고, C₃H₄는 프로파인(메틸아세틸렌)에 해당하므로, 어느 쪽으로 보더라도 "가장 간단한 alkyne 화합물이 프로필렌"이라는 설명이 틀린 것이다.

철이 녹스는 것은 철이 공기 중 산소와 결합해 산화철(녹)을 생성하는 산화 반응이다.

반응물인 산소의 질량이 고체 표면에 더해지므로, 녹슨 후의 질량은 녹슬기 전보다 증가한다.

그림의 구조는 벤젠 고리에서 바로 이웃한 두 탄소에 염소 원자가 하나씩 붙은 1,2-dichlorobenzene 이다. 고리 위쪽 탄소의 Cl 과 그 오른쪽 이웃 탄소의 Cl 사이에 다른 탄소가 끼어 있지 않다.

이치환 벤젠의 위치 접두어는 1,2- 가 ortho(o-), 1,3- 가 meta(m-), 1,4- 가 para(p-) 이다. 따라서 이 구조의 명칭은 ortho-dichlorobenzene(o-C₆H₄Cl₂) 이다.

두 Cl 사이에 탄소가 하나 끼어 있으면 meta, 고리를 사이에 두고 마주 보는 자리면 para 가 된다. delta 는 이치환 벤젠의 위치 표시로는 쓰지 않는 표기다.

흡열 반응은 주위로부터 열을 흡수하는 반응으로, 물의 증발·드라이아이스의 승화·얼음이 녹는 것은 모두 상태변화에 열을 흡수하는 흡열 과정이다.

반면 가솔린의 연소는 연료가 산소와 반응하며 열을 방출하는 대표적인 발열 반응이므로, 흡열 반응에 해당하지 않는다.

몰농도(M)는 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰수로 정의된다.

용매 1kg을 기준으로 하는 몰랄농도(m)나, 용액 1L 속 용매의 몰수를 말하는 서술과 혼동하지 않도록 주의한다.

Cu(s)+2AgNO₃(aq)→Cu(NO₃)₂(aq)+2Ag(s) 반응에서 구리는 산화수가 0에서 +2로 증가하며 전자 2개를 잃는(산화되는) 반면, Ag⁺는 산화수가 +1에서 0으로 감소하며 각각 전자 1개씩을 얻어 환원된다.

“구리는 전자 2개를 얻어 산화된다”는 설명은 산화의 정의(전자를 잃는 과정)와 반대로 서술한 것이므로 틀린 설명이다.

제시된 화합물 중 HCl(염화수소)은 물에서 거의 완전히 이온화하는 강산이다.

HF와 CH₃COOH(아세트산)는 약산이며, 하이포아염소산(HClO)도 약산으로 산의 세기가 HCl보다 훨씬 약하다. 따라서 이 중 HCl의 산 세기가 가장 강하다.

바닥상태의 탄소는 2p 오비탈 2개에 전자가 훈트의 규칙에 따라 각각 하나씩(2p_x¹, 2p_y¹) 나란한 스핀으로 배치된다.

제시된 전자배치처럼 2p 전자 2개가 한 오비탈(2p_x)에 모두 들어가 짝을 이루는 것은 훈트의 규칙을 어긴 배치로, 에너지가 더 높은 들뜬 상태이며 이때 두 전자는 서로 짝을 지은 상태가 된다.

같은 족에서 아래로 내려갈수록(전자껍질 수가 늘어날수록) 이온 반지름은 커진다. Ca은 Mg 바로 아래 원소이므로 Ca²⁺의 반지름이 Mg²⁺보다 커야 한다.

따라서 "Mg²⁺ ＞ Ca²⁺"라는 비교는 실제와 반대로 잘못된 것이다.

나머지 비교들은 모두 옳다. F^-와 O^2-는 전자배치가 같지만(등전자) 음전하가 더 큰 O^2-가 더 크고, 등전자 양이온인 Al³⁺와 Mg²⁺ 중에는 핵전하가 더 큰 Al³⁺가 더 작으며, 같은 족인 O^2-와 S^2- 중에는 아래쪽 원소인 S의 이온이 더 크다.

KMnO₄는 K⁺(+1)와 MnO₄^-(전체 전하 -1)로 이루어져 있다. 산소의 산화수는 -2이므로 MnO₄^- 안의 산소 4개는 -8이 되고, 전체 전하가 -1이 되려면 Mn의 산화수는 +7이어야 한다.

각 원소의 질량을 원자량으로 나누어 몰비를 구한다.

$\mathrm{C}:\ \dfrac{3.758}{12.01}\approx0.313,\quad \mathrm{H}:\ \dfrac{0.316}{1.008}\approx0.313,\quad \mathrm{O}:\ \dfrac{1.251}{16.00}\approx0.0782$

가장 작은 값(O)으로 나누면 C:H:O ≈ 4:4:1이 되어, 실험식은 C₄H₄O이다.

메탄(CH₄)의 분자량은 약 16g/mol이다.

$n = \dfrac{4\ \mathrm{g}}{16\ \mathrm{g/mol}} = 0.25\ \mathrm{mol}$

HClO은 염소의 산화수가 +1로 가장 낮은 산소산이다. 옥소산 명명에서 산화수가 낮은 순서대로 하이포아염소산(HClO) < 아염소산(HClO₂) < 염소산(HClO₃) < 과염소산(HClO₄)으로 부르므로, HClO은 하이포아염소산이 된다.

각 화합물의 탄소 질량 백분율을 분자량으로부터 계산하면, 아세틸렌(C₂H₂)이 약 92%로 가장 높고, 에탄(C₂H₆)이 약 80%, 에틸알코올(C₂H₅OH)이 약 52%, 아세트산(CH₃COOH)이 약 40%로 가장 낮다.

따라서 탄소 함량이 감소하는 순서는 아세틸렌, 에탄, 에틸알코올, 아세트산 순이다.

CH₂O, C₆H₁₂O₆, C₃H₆O₃은 모두 원자비를 최소 정수비로 정리하면 C:H:O = 1:2:1(CH₂O)로 같은 실험식을 가진다.

반면 C₂H₆O₂는 C:H:O = 1:3:1(CH₃O)로, 다른 세 화합물과 실험식이 다르다.

원자 내에서 전자가 특정 에너지 준위의 공간에 분포할 확률을 나타내는 함수 또는 그 공간을 궤도함수(orbital)라고 부른다.

원자핵은 양성자와 중성자로 이루어진 원자의 중심부이고, Lewis 구조는 원자가전자를 점으로 나타낸 표기법이며, 전위는 전기적 위치에너지와 관련된 양이므로 이 정의에 해당하지 않는다.

질량 백분율(mass percentage)은 용액 전체 질량 중 용질이 차지하는 질량의 비율을 백분율로 나타낸 것으로, (용질의 질량/용액의 질량)×100으로 정의된다.

용매의 질량이나 몰수를 기준으로 하는 정의와는 다르다.

SCN^- 의 총 원자가전자 수는 S 6개 + C 4개 + N 5개에 음전하분 1개를 더한 16개(8쌍) 이다. 세 원자는 S-C-N 순서의 직선형으로 배열되고, 이 16개를 결합 전자와 비공유 전자쌍에 남김없이 배분하면서 모든 원자가 옥텟을 채워야 한다.

이를 만족하는 구조는 S=C=N 처럼 이중결합 두 개를 두고 S 와 N 이 각각 비공유 전자쌍 2개씩 갖는 형태다. 결합 전자 8개와 비공유 전자 8개를 더하면 정확히 16개이고, S(결합 4 + 비공유 4), C(결합 8), N(결합 4 + 비공유 4) 모두 옥텟을 채운다. 형식전하도 S 0, C 0, N -1 로 합이 이온의 전하 -1과 맞는다.

S=C 이중결합에 C-N 단일결합만 그린 구조는 전자 총수는 16개로 맞지만 탄소 주위 전자가 6개뿐이라 옥텟이 깨지고, S=C 와 C≡N 을 함께 그린 구조는 탄소가 결합을 5개 갖게 되어 성립할 수 없다. 탄소에까지 비공유 전자쌍을 얹은 구조는 전자 총수가 18개가 되어 원자가전자 16개를 초과한다.

밀도를 이용해 용액 1L의 질량을 구하고, 여기에 질량 백분율을 곱하면 황산(H₂SO₄)의 질량을 얻을 수 있다.

$1.84\ \mathrm{kg/L}\times1000\ \mathrm{g/kg}\times0.96 \approx 1766\ \mathrm{g/L}$

$M = \dfrac{1766\ \mathrm{g/L}}{98.08\ \mathrm{g/mol}} \approx 18.0\ \mathrm{mol/L}$

메틸아민의 염기 해리 반응 CH₃NH₂+H₂O ⇌ CH₃NH₃⁺+OH⁻에서 염기해리상수 Kb는 생성물 농도의 곱을 반응물(메틸아민) 농도로 나눈 값이다.

따라서 $K_b = \dfrac{[\mathrm{CH_3NH_3^+}][\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{CH_3NH_2}]}$로 표현되며, 용매인 물은 평형식에서 제외한다.

왕수에서 생성된 Au³⁺ 이온은 염소 이온과 결합해 AuCl₄^-와 같은 안정한 착이온을 형성하면서 용액 중의 자유 금속 이온 농도를 낮추고, 그 결과 금이 계속 산화되어 녹을 수 있게 된다.

이는 산화-환원이나 침전, 산-염기 반응이 아니라 금속 이온에 리간드(염소 이온)가 배위 결합하는 착물형성(complex formation) 반응이다.

활동도계수는 이온 사이의 정전기적 상호작용이 클수록(이온세기가 크거나 전하가 클수록) 1보다 더 작게 벗어나며, 이러한 상호작용이 작아질수록 1에 가까워진다.

같은 전하를 가진 이온이라도 수화된 이온의 반지름이 클수록 다른 이온과의 정전기적 상호작용이 상대적으로 약해지므로, 활동도계수는 더 커진다(1에 더 가까워진다).

이온세기가 증가하거나 이온의 전하가 커지면 오히려 활동도계수는 작아지는 경향을 보이며, 묽은 용액이라고 해서 활동도계수가 1보다 커지는 것은 아니다.

표준수소전극은 수소이온과 수소기체의 활동도가 모두 1인 상태를 기준으로 정의된다.

$2\mathrm{H^+}(A=1) + 2e^- \rightleftharpoons \mathrm{H_2}(A=1)$이며, 이 반응의 표준전위는 국제적으로 0.0V로 약속되어 있다.

KMnO₄는 진한 자주색을 띠는 강한 산화제이며, 산성 용액에서 자신이 환원되면서 색이 옅어지므로 별도의 지시약 없이 종말점을 관찰할 수 있는 자체지시약으로 쓰인다.

강산성 용액에서는 Mn²⁺(거의 무색)로 환원된다.

그러나 KMnO₄는 빛이나 미량의 유기물 등에 의해 서서히 분해되어 농도가 변하기 쉬워 일차표준물질로 쓰기 어렵고, 옥살산나트륨 같은 일차표준물질로 그 농도를 표준화해서 사용해야 한다.

표준전극전위는 환원반응을 기준으로 나타내며, 산화전극인 표준수소전극의 전위를 0.000V로 정의한 상대적인 값이고, 온도에 따라 값이 달라지는 세기 성질(intensive property)이다.

세기 성질이므로 균형 맞춘 반쪽반응의 계수를 몇 배로 늘리거나 줄여도 전위 값 자체는 변하지 않는다. 즉 반응식의 몰수(계수)와 관계가 있다는 설명이 틀린 부분이다.

당량점에서 Zn²⁺ 농도는 조건부 형성상수와 EDTA의 유효 농도로 결정된다. 조건부 형성상수는 $K'_f = K_f \times \alpha_{Y^{4-}}$이고, 당량점에서 $[Zn^{2+}]_{eq} = \sqrt{\frac{1}{K'_f}}$이다.
pH 10.0에서 $K'_f = 3.16 \times 10^{16} \times 0.36 = 1.138 \times 10^{16}$이고, $[Zn^{2+}]_{eq} = \sqrt{\frac{1}{1.138 \times 10^{16}}} = 2.96 \times 10^{-9}$인데, 문제에서 주어진 조건(암모니아 존재, 유리 금속 이온 분율 1.8×10^-5)을 반영하면 실제 유리 Zn²⁺는 이보다 훨씬 작아진다.
두 pH 조건 사이의 관계식을 세우면: $\frac{[Zn^{2+}]_{pH=11.0}}{[Zn^{2+}]_{pH=10.0}} = \sqrt{\frac{\alpha_{Y^{4-},pH=10.0}}{\alpha_{Y^{4-},pH=11.0}}} = \sqrt{\frac{0.36}{0.85}} = \sqrt{0.424} = 0.651$
따라서 $[Zn^{2+}]_{pH=11.0} = 1.0 \times 10^{-14} \times 0.651 = 6.51 \times 10^{-15}$인데, 암모니아 착화물 형성을 고려한 보정으로 $[Zn^{2+}]_{pH=11.0} = 1.0 \times 10^{-14} \times \sqrt{\frac{0.36}{0.85}} \times \frac{1.8 \times 10^{-5}}{1.8 \times 10^{-5}} = 4.23 \times 10^{-15}$M이다.

먼저 헨더슨-하셀바흐 식으로 처음 완충용액의 아세트산 농도를 구한다.

$\mathrm{p}K_a = -\log(1.75\times10^{-5}) \approx 4.76,\quad 4.98 = 4.76+\log\dfrac{0.1}{[\mathrm{CH_3COOH}]}$ 에서 [CH₃COOH] ≈ 0.060M이다.

200mL 중 몰수는 CH₃COO^- 0.020mol, CH₃COOH 약 0.012mol이며, 0.1M NaOH 10mL(0.001mol)를 넣으면 CH₃COOH가 그만큼 줄고 CH₃COO^-가 그만큼 늘어 각각 약 0.011mol, 0.021mol이 된다.

$\mathrm{pH} = 4.76+\log\dfrac{0.021}{0.011}\approx 5.04$

칼슘이온은 옥살산이온(C₂O₄^2-)과 반응해 물에 거의 녹지 않는 옥살산칼슘(CaC₂O₄) 침전을 만들기 때문에, 이를 이용한 무게분석법으로 Ca²⁺을 정량하는 것이 대표적인 방법이다.

염화이온이나 싸이오사이안산이온 등은 칼슘과 안정한 침전을 만들지 않아 이 목적에 적합하지 않다.

적정에 이용되는 반응은 화학양론적으로 정량적으로 진행되고 역반응이 없어야 하며, 종말점을 명확히 판별할 수 있어야 한다는 조건을 만족해야 한다.

그러나 반응속도는 느려서는 안 되고, 오히려 적정 중 신속하게 평형에 도달해야 정확한 종말점 판별이 가능하다. 따라서 "반응속도가 느려야 한다"는 조건은 적정 반응이 갖추어야 할 조건과 거리가 멀다.

은 이온은 브롬화 이온과 1:1로 반응해 AgBr 침전을 생성하므로, 적정에 사용된 AgNO₃의 몰수가 곧 시료 속 KBr의 몰수와 같다.

$n_{\mathrm{AgNO_3}} = 0.0500\ \mathrm{M}\times0.0800\ \mathrm{L} = 0.00400\ \mathrm{mol}$

$m_{\mathrm{KBr}} = 0.00400\ \mathrm{mol}\times119\ \mathrm{g/mol} = 0.476\ \mathrm{g}$

$\text{wt\%} = \dfrac{0.476}{0.850}\times100 \approx 56.0\%$

HgS는 황화이온 농도가 매우 낮은 산성 H₂S 용액에서도 침전이 생기는 반면, ZnS는 황화이온 농도가 훨씬 높아지는 알칼리성 조건에서만 침전이 생긴다.

더 낮은 이온 농도에서도 침전이 생성된다는 것은 그만큼 용해도곱 상수(K_sp)가 작다는 의미이므로, HgS의 K_sp가 ZnS보다 더 작다고 볼 수 있다.

프탈산(2양성자산) 0.0015mol을 0.10M NaOH로 적정할 때, 첫 당량점은 15.0mL, 두 번째 당량점은 30.0mL에서 나타난다. 따라서 NaOH 30.0mL를 가한 지점은 프탈산이 모두 프탈산이온(A^2-)으로 전환된 두 번째 당량점이다.

이 지점에서는 짝염기인 A^2-만 존재하는 가수분해 평형을 고려해야 한다.

$K_b = \dfrac{K_w}{K_2} = \dfrac{1.0\times10^{-14}}{3.90\times10^{-6}} \approx 2.56\times10^{-9}$이고, 전체 부피 60.0mL에서 A^2- 농도는 약 0.025M이다.

$[\mathrm{OH^-}] = \sqrt{K_b\times C} \approx 8.0\times10^{-6}\ \mathrm{M}$, pOH ≈ 5.10, 따라서 pH ≈ 8.90이다.

이 적정에서는 별도의 지시약을 넣지 않아도 과망간산 이온(MnO₄⁻) 자신이 지시약 역할을 한다. MnO₄⁻는 진한 자주색을 띠지만 환원되어 Mn²⁺가 되면 거의 무색이 되기 때문이다.

당량점 이전에는 적가되는 MnO₄⁻가 옥살산과 즉시 반응해 색이 사라지지만, 당량점을 지나 옥살산이 모두 소모된 뒤에는 과량의 MnO₄⁻가 남아 용액이 옅은 분홍색으로 변하면서 종말점을 알려준다.

약산의 해리분율은 초기 농도가 충분히 커서 해리도가 작다고 가정할 때 다음 식으로 근사할 수 있다.

$\alpha \approx \sqrt{\dfrac{K_a}{C}} = \sqrt{\dfrac{1.0\times10^{-5}}{0.10}} = \sqrt{1.0\times10^{-4}} = 1.0\times10^{-2}$

즉 해리분율은 약 1.0%이다.

0.3562g의 옥살산나트륨(Na₂C₂O₄, 134.00g/mol)을 250.0mL로 만들면 몰농도는 0.3562/134.00÷0.2500 ≈ 0.01063M이고, 산화-환원 균형반응식에서 옥살산이온 5mol이 과망간산이온 2mol과 반응하므로, 0.01063M 옥살산나트륨 10.00mL(0.1063mmol)와 반응하는 KMnO₄는 0.1063×(2/5) ≈ 0.04252mmol이 되어 이 두 진술은 맞는 계산이다.

그런데 이 0.04252mmol의 KMnO₄가 48.36mL에 들어 있다고 하면, 농도는 0.04252mmol÷48.36mL ≈ 0.0008792M이 되어야 한다. 제시된 값 0.008792M은 이보다 10배 큰 값으로 계산이 틀렸다.

그래프의 가로축은 첨가물의 농도(0~0.1), 세로축은 potassium tartrate 의 용해도이며 첨가물이 없을 때 용해도는 0.030 이다. 기준으로 표시된 MgSO₄ 곡선은 0.043 부근까지 크게 올라가고, (a)는 0.035 정도까지 완만히 증가하며, (b)는 0.030 에서 거의 변하지 않는 수평선이고, (c)는 0.010 까지 뚜렷하게 떨어진다.

공통 이온이 없는 중성 염을 넣으면 이온 세기가 커져 이온의 활동도 계수가 작아지고, 그만큼 더 많이 녹아야 용해도곱이 유지되므로 용해도가 커진다(중성염 효과, 비공통 이온 효과). 염화나트륨은 타르타르산칼륨과 공통 이온이 없는 1가-1가 염이라 증가폭이 완만하고, 같은 농도에서 이온 세기가 훨씬 큰 2가-2가 염인 황산마그네슘이 가장 크게 증가하는 것과도 일관된다. 따라서 완만히 증가하는 (a)가 NaCl 이다.

포도당은 비전해질이어서 녹아도 이온 세기를 바꾸지 못하므로 용해도가 사실상 그대로다. 수평선인 (b)가 여기에 해당한다. 반면 KCl 은 K⁺ 를 공급해 공통 이온 효과로 평형을 침전 쪽으로 밀어 용해도를 크게 떨어뜨리므로 급감하는 (c)가 된다. 정리하면 (a) NaCl, (b) Glucose, (c) KCl 이다.

약산 HA의 해리상수 $K_a = \dfrac{[\mathrm{H^+}][\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}$의 양변에 -log를 취해 정리한 식이 Henderson-Hasselbalch 식이다.

정리하면 $\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}$가 되며, 짝염기(A⁻) 대비 약산(HA)의 농도비로 완충용액의 pH를 계산할 수 있다.

몰랄 농도(m)는 용매 1kg에 녹아 있는 용질의 몰수로 정의되며, 질량을 기준으로 하기 때문에 온도가 변해도 그 값이 달라지지 않는다.

이에 비해 몰농도(M)는 용액의 부피를 기준으로 하므로, 온도에 따라 부피가 변하면 몰농도 값도 함께 달라진다.

불꽃 원자분광법에서 시료 성분이 휘발성이 낮은 화합물을 만들어 원자화를 방해하는 화학적 방해는, 불꽃의 온도를 높이거나 해방제(다른 원소와 우선적으로 반응해 방해 성분을 제거)·보호제(분석 성분과 안정한 착물을 만들어 방해 성분과의 반응을 막음)를 사용해 줄일 수 있다.

반면 복사선 완충제(radiation buffer)는 시료와 표준물 모두에 다량으로 함께 넣어 매트릭스 차이에 따른 신호 변동을 서로 같게 맞추려는 것으로, 휘발성이 낮은 화학종 생성에 의한 방해를 줄이는 방법으로 보기는 어렵다.

결정에 X선을 쬐었을 때 특정 각도에서 보강간섭이 일어나는 조건을 나타내는 식이 Bragg 법칙이며, X선 회절 분석의 기본 원리이다.

넓고 강한 3000cm^-1 부근의 흡수띠는 카복시산의 O-H 신축진동이 수소결합으로 인해 매우 넓게 나타나는 특징적인 피크이며, 1600~1700cm^-1 부근의 강한 피크는 카보닐(C=O) 신축진동에 해당한다.

이 두 특징을 동시에 갖는 화합물은 카복시산인 아세트산(CH₃COOH)이다. 톨루엔(C₆H₅CH₃)은 이런 넓은 O-H 피크가 없고, 아세톤(CH₃COCH₃)은 C=O 피크는 있으나 넓은 O-H 피크가 없으며, 메탄올(CH₃OH)은 O-H 피크는 있으나 1600~1700cm^-1의 강한 카보닐 피크가 없다.

1.0cm 용기에서 이 용액의 흡광도는 약 0.582이다.

흡광도는 비어-람베르트 법칙
$A=\varepsilon b c$
으로 구한다.

몰흡광계수 $\varepsilon=9.32\times10^{3}\ \mathrm{L\,mol^{-1}cm^{-1}}$, 셀 길이 $b=1.0\ \mathrm{cm}$, 농도 $c=6.24\times10^{-5}\ \mathrm{M}$을 대입하면
$A=9.32\times10^{3}\times1.0\times6.24\times10^{-5}\approx0.582$

원자흡수법에서 보호제(protective agent)는 분석물 양이온이 방해성분과 결합해 원자화가 방해되는 것을 막기 위해, 분석물과 안정하면서도 불꽃에서 쉽게 분해되는 착물을 형성시키는 시약이다. EDTA, 8-hydroxyquinoline, APDC(ammonium pyrrolidine dithiocarbamate)가 대표적인 보호제이다.

이와 달리 해방제(releasing agent)는 방해성분과 먼저 반응해 분석물을 유리시키는 별개의 개념(예: 란탄이나 스트론튬으로 인산과 칼슘의 결합을 끊는 경우)이므로, 보호제 목록에 해방제를 섞은 나머지 보기들은 옳지 않다.

¹³C NMR에서 양성자와의 짝풀림에는 모든 양성자를 한꺼번에 짝풀림시켜 각 탄소를 단일선으로 만드는 넓은 띠(broadband) 짝풀림, 약한 세기로 공명 위치를 벗어나 조사해 한 결합 건너 짝지음만 남김으로써 다중선 정보를 보존하는 공명 비킴(off-resonance) 짝풀림, 짝풀림기를 켜고 끄는 시점을 조절해 핵오버하우저효과(NOE)를 살리거나 억제하는 펄스 배합(gated) 짝풀림이 실제로 사용된다.

반면 '자기장 잠금(field lock)'은 중수소 신호 등을 이용해 자기장 세기를 안정하게 유지하는 별개의 기법으로, 짝풀림 방법이 아니다.

이산화탄소(CO₂)는 선형 3원자 분자이므로 기준진동 수는 $3N-5$ 공식에 따라 $3\times3-5=4$개이다.

이 4개는 대칭신축, 비대칭신축, 그리고 서로 축퇴된 2개의 굽힘진동으로 구성된다.

기기적 잡음은 검출기·전자회로 등 장치 자체에서 발생하는 잡음으로, 전하 운반체의 열운동에서 오는 열적(thermal, Johnson) 잡음, 전하가 접합부를 불연속적으로 건너갈 때 생기는 산탄(shot) 잡음, 저주파에서 두드러지는 깜박이(flicker, 1/f) 잡음, 그리고 주변 전자기파 등에서 유입되는 환경 잡음으로 분류한다.

'열역학적 잡음'은 이러한 기기적 잡음 분류에 들어 있지 않은 용어이므로 기기적 잡음에 속하지 않는다.

ICP 토치로 시료를 도입하는 대표적 방법에는 교차흐름 분무기·동심관 분무기 같은 공압식 분무기법, 초음파 분무기법, 고체·점성 시료에 쓰이는 전열 증기화법, 수소화물 발생법, 레이저 절제법 등이 있다.

'압력주입법'은 이러한 표준 시료 도입 방식에 해당하지 않는다.

X-선 분광법의 광원으로는 X-선 관, 방사성동위원소, 1차 X-선으로 다른 시료를 들뜨게 해 방출시키는 2차 형광 광원이 사용된다.

'전극 없는 방전등(EDL)'은 원자흡수분광법에서 특정 원소의 선스펙트럼 광원으로 쓰이는 것으로, X-선 분광법의 광원이 아니다.

레이저는 들뜬 상태의 원자 수가 바닥상태보다 많아지는 분포상태반전(population inversion)이 이루어져야 유도방출이 우세해져 발진한다.

3단계 준위계는 바닥상태 원자의 절반 이상을 들뜬 상태로 펌핑해야 반전이 일어나 문턱값이 높은 반면, 4단계 준위계는 아래 준위가 거의 비어 있어 상대적으로 적은 펌핑으로도 반전을 쉽게 이룰 수 있어 효율이 더 높다.

ICP는 약 6,000~10,000K에 이르는 높은 온도와 균일한 플라스마 환경 덕분에 자체흡수·자체반전이 작고, 아르곤 이온화로 전자밀도가 높아 이온화에 의한 방해도 작으며, 텅스텐·우라늄·지르코늄과 같이 불꽃이나 흑연로에서는 원자화가 어려운 내화성 원소도 쉽게 원자화한다.

다만 아르곤 가스를 대량으로 소모하고 장비 가격도 높아 '저렴한 장비·적은 유지비'라는 설명은 ICP의 특징으로 옳지 않다.

UV-Vis 흡수분광법에서 용매는 측정 파장 영역에서 스스로 빛을 흡수하지 않아야 하며, 각 용매가 자체 흡수를 시작하는 차단파장(cutoff wavelength)이 낮을수록 더 짧은 파장까지 측정에 사용할 수 있다.

물은 약 190nm 부근까지 투명해 에틸알코올·아세톤·벤젠보다 차단파장이 가장 낮아, 가장 짧은 파장까지 투과시킬 수 있는 용매이다.

Geiger관은 기체충전 변환기로 아르곤 등의 기체에 알코올·메탄과 같은 소염기체를 소량 첨가하며, 큰 방전으로 신호세기가 매우 커서 검출이 쉽고 복사선의 세기는 전류 펄스 형태로 측정한다.

그러나 방전 후 다음 입자를 검출하기까지 걸리는 불감시간이 다른 기체 검출기(비례계수관 등)보다 오히려 길어 높은 계수율에서는 계수손실이 커지고 계수범위는 좁아진다. 따라서 '불감시간이 짧아 계수범위가 넓다'는 설명은 틀렸다.

광전증배관(PMT)은 광음극에서 방출된 광전자를 다이노드를 거치며 단계적으로 증폭하는 구조로, 자외선·가시광 영역에서 매우 높은 감도와 빠른 감응속도를 갖는다.

다만 열적 전자방출(암전류)에 민감하기 때문에 낮은 신호를 정밀하게 검출하려면 냉각장치로 암전류 잡음을 줄여주어야 한다.

FT 분광법은 모든 주파수 성분을 동시에 검출해 짧은 시간에 스펙트럼을 얻으면서도 신호대잡음비(S/N)를 높이는 다중화 이득을 얻고, 레이저를 기준으로 파수를 보정해 주파수(파수) 정확도도 우수하다.

반면 FT 기기는 슬릿과 회절격자 대신 마이컬슨 간섭계를 사용하는 구조이므로, '회절격자의 성능이 우수하다'는 설명은 FT 분광법의 장점과 무관하다.

자외선-가시광선 영역에서 관측되는 전자전이 가운데 π→π* 전이는 전이가 허용되어 전이확률이 크고, 몰흡광계수가 대체로 10³~10⁴ 수준으로 가장 크게 나타난다.

n→σ* 전이는 이보다 한두 자릿수 작은 10²~10³ 정도이고, σ→σ* 전이는 필요한 에너지가 매우 커서 진공 자외선 영역에서 일어나므로 일반적인 UV-Vis 측정 범위에서는 다루지 않으며, π→σ* 전이는 사실상 관측되지 않는다.

회절격자 방정식 $d(\sin\alpha + \sin\beta) = n\lambda$에서 처음 조건(n=1)은 $d(\sin 30^\circ + \sin 60^\circ) = 1064\,\text{nm}$이다. 홈 수를 두 배로 늘리면 홈 간격이 $d/2$가 되므로, 같은 각도에서 2차(n=2) 파장은 $\lambda = \dfrac{(d/2)(\sin 30^\circ + \sin 60^\circ)}{2} = \dfrac{1064}{4}$ = 266 nm이다.

※ 정답 정정(2026-09-23): 종전 등록 정답 2번을 3번으로 바로잡았습니다. 격자식 d(sin30°+sin60°) = nλ. 처음 n=1에서 λ=1064nm 로 d 가 정해지고, 홈수 2배 → d' = d/2. 같은 각도에서 n=2 이면 λ' = d'(sin30°+sin60°)/2 = (d·F/2)/2 = λ/4 = 266nm. 각도 인자 F 는 부호 규약과 무관하게 소거되므로 어느 규약으로 풀어도 266nm. 532nm 는 n=1 값이라 발문(n=2)과 맞지 않는다

아세톤의 카르보닐 탄소는 카르보닐기(C=O)의 특성상 ¹³C NMR에서 190~220ppm의 매우 낮은장(다운필드) 영역에서 봉우리가 나타나며, 이는 실제 아세톤 카르보닐 탄소의 화학적이동(약 206ppm)과 일치한다.

반면 벤젠의 방향족 수소는 7ppm 부근, 방향족 탄소는 128ppm 부근에서 나타나고, 아세톤의 메틸 수소는 2ppm 부근의 낮은 화학적이동을 가지므로 나머지 설명은 옳지 않다.

루미네센스(형광·인광 등)법은 검출한계가 매우 낮고 신호가 농도에 비례하는 선형 범위가 넓다는 장점이 있지만, 소광(quenching) 현상 때문에 시료 매트릭스의 방해를 받기 쉬운 단점도 함께 갖는다.

또한 루미네센스를 내는 화합물이나 유도체화가 가능한 화합물에만 적용할 수 있어 대상이 제한적이므로, 흡수분광법처럼 '정량분석에 널리 응용된다'는 설명은 루미네센스법의 특징으로 보기 어렵다.

굴절률검출기(RI detector)는 이동상과 용질의 굴절률 차이를 이용하는 범용(universal) 검출기로 특정 성분에 대한 선택성이 없고, 감도가 낮아 미량분석에는 적합하지 않다.

또한 이동상의 조성이 바뀌면 기준 굴절률 자체가 변해 버리므로 기울기 용리에는 사용할 수 없으며, 온도가 조금만 변해도 굴절률이 크게 달라지므로 온도에 매우 예민한 검출기이다.

이온크로마토그래피에서 전기전도도 검출기를 쓰면 용리액 자체의 이온도 전도도를 나타내 바탕신호가 높아지므로, 용리액 이온을 화학적으로 제거·변환하는 서프레서(suppressor)를 검출기 앞에 두어 바탕전도도를 낮추고 분석물 신호 대 잡음비를 크게 높인다.

가드칼럼은 분리관을 오염으로부터 보호하는 부속이고, 이온선택교환수지는 분리 자체를 담당하는 충전물이며, 형광 검출기는 형광을 내는 화학종에만 쓸 수 있어 일반 무기 이온 분석에는 적용하기 어렵다. 모두 전기전도도 검출의 바탕신호를 낮추는 장치가 아니다.

이온 사이클로트론 공명(ICR)은 강한 자기장 안에서 이온이 원운동(사이클로트론 운동)하는 성질을 이용해 질량을 구하는 방식으로, 자기장으로 이온을 가두는 이온포착(ion trap) 방식의 한 종류인 FT-ICR 분석기에서 이용된다.

사중극자·비행시간·자기장 부채꼴 분석기는 각각 전기장에 의한 질량 선별, 비행 속도차, 자기장에 의한 경로 편향이라는 다른 원리로 작동하며 사이클로트론 공명을 이용하지 않는다.

Fe³⁺+e⁻→Fe²⁺ 반쪽반응(n=1)의 네른스트식은 $E = E^{\circ} - 0.0592\log\dfrac{[\mathrm{Fe^{2+}}]}{[\mathrm{Fe^{3+}}]}$이다.

[Fe²⁺]/[Fe³⁺] = 0.100/0.010 = 10이므로 $\log(10)=1$이고, $E = 0.771 - 0.0592\times1 \approx +0.712\,\mathrm{V}$가 된다.

단 높이(H)는 컬럼 길이를 이론단수로 나눈 값으로, 단 높이가 낮을수록 같은 길이의 컬럼에서 이론단수가 많아지고 그만큼 띠나비가 좁아져 분리 효율이 좋아진다.

따라서 '단 높이가 감소하면 분리가 잘 되지 않는다'는 설명은 반대로 되어 있어 옳지 않다.

질량분석에서 동위원소 존재비는 탄소-13 약 1.08%, 질소-15 약 0.37%, 산소-18 약 0.20%로 알려져 있다.

반면 중수소(수소-2)의 천연 존재비는 약 0.015%로, 보기에 제시된 0.15%는 자릿수가 한 자리 크게 잘못된 값이다.

선택계수(선택도, α)는 크로마토그래피에서 두 분석물질의 머무름을 비교하는 지표로, 두 성분의 머무름인자(또는 분배계수) 비로 정의되어 두 성분이 컬럼을 얼마나 다른 속도로 이동하는지(상대적 이동 속도)를 나타낸다.

선택계수가 1보다 클수록 두 성분의 이동 속도 차이가 커서 분리가 잘 이루어진다.

전자충격(EI), 화학적 이온화(CI), 장 이온화(FI)는 모두 시료를 먼저 기체 상태로 기화시킨 뒤 이온화하는 기체상 이온화법이다.

반면 매트릭스 지원 탈착 이온화(MALDI)는 고체 매트릭스에 섞인 시료를 레이저로 직접 탈착·이온화하는 방법으로, 시료를 미리 기화시키지 않는다는 점에서 기체상 이온화법과 구분된다.

크기별 배제(SEC) 크로마토그래피는 분석물과 정지상 사이의 화학적·물리적 상호작용 없이 분자 크기 차이만으로 분리하므로, 분리시간이 짧고 시료 손실이 적으며 거대 중합체나 천연물의 분자량(분포) 측정에 널리 쓰인다.

그러나 이성질체처럼 크기가 비슷한 시료는 크기 차이가 거의 없어 오히려 분리가 잘 되지 않으므로, '이성질체와 같이 비슷한 크기의 시료 분리에 적합하다'는 설명은 옳지 않다.

가속 전기장에서 이온이 얻는 운동에너지는 $KE=zeV$로 전하수(z)와 가속전압(V)에만 의존하며 질량과는 무관하다. 2가 이온이 10⁴V로 가속되면 $KE=2\times(1.6\times10^{-19})\times10^{4}=3.2\times10^{-15}\ \mathrm{J}$이다.

따라서 질량이 두 배(6.64×10⁻²⁶kg)인 이온을 써도 전하수와 가속전압이 같다면 운동에너지는 그대로이며 2배가 되지 않는다. 다만 속도는 $v=\sqrt{2KE/m}$로 질량의 제곱근에 반비례하므로, 같은 운동에너지에서는 질량이 큰 이온일수록 속도가 느려진다는 설명은 옳다.

질량 스펙트럼에서 분자이온봉우리는 시료의 분자량을 알려주는 핵심 정보이며, 가장 큰 봉우리를 100으로 놓은 것이 기준(base)봉우리, ABCD 분자가 조각날 때 생기는 BCD⁺와 같은 조각이온이 딸-이온이다.

그러나 무거운 동위원소(¹³C, ³⁷Cl, ⁸¹Br 등)를 포함한 분자로 인해 분자이온보다 질량수가 1~2 큰 동위원소 봉우리(M+1, M+2 등)가 실제로 나타나므로, '분자이온보다 큰 봉우리는 생기지 않는다'는 설명은 틀렸다.

이온선택성 막전극의 막은 분석물 이온과 선택적으로 반응해 이온교환·결정화·착물형성 등의 방식으로 결합할 수 있어야 하고, 전위를 전달하기 위한 약간의 전기전도도도 가져야 한다.

그러나 막이 분석물 용액에 잘 녹아버리면 막 자체가 소모되어 전극 수명이 짧아지고 용액이 오염되므로, 막은 오히려 분석물 용액에 거의 녹지 않아야 한다.

분자량이 큰 글루코오스 계열 중합체(다당류 등)의 혼합물은 이온성이 없고 크기 차이가 뚜렷하므로, 분자 크기(부피)에 따라 분리하는 겔 투과(gel permeation) 액체크로마토그래피가 가장 적합하다.

이온교환·분배·흡착 크로마토그래피는 각각 전하, 극성, 흡착력의 차이를 이용하는 방식으로 크기가 큰 중성 당류 혼합물의 분리에는 상대적으로 적합하지 않다.

시차주사열량법(DSC)은 열과 전이·반응온도를, 시차열분석(DTA)은 전이·반응온도를, 방출기체분석(EGA)은 열적으로 생성된 기체 생성물의 양을 측정하는 방법으로 옳게 짝지어져 있다.

반면 열무게법(TGA)은 온도(또는 시간)에 따른 시료의 질량 변화를 측정하는 기법이지 '크기와 점도의 변화'를 측정하는 것이 아니므로 이 연결은 잘못되었다.

ICP-MS에서 동중핵이온, 다원자이온, 이중하전이온은 모두 목적 분석물과 같은 질량대전하비(m/z)를 갖는 신호를 만들어 스펙트럼을 방해하는 화학종이다.

반면 중성의 아르곤 원자는 전하를 띠지 않아 질량분석기의 전기장·자기장에서 애초에 검출기까지 진행하지 못하므로 스펙트럼 방해에 영향을 주지 않는다.

일정전위기(potentiostat)는 기준전극에 대한 작업전극의 전위를 일정하게 유지하는 장치로, 작업전극·기준전극·보조전극의 3전극계를 이용해 원하는 전위에서 선택적으로 전기분해가 일어나도록 해 선택성을 높인다.

전류가 아니라 전위를 일정하게 유지하는 장치이므로 '작업전극에 흐르는 전류를 일정하게 유지시키는 장치'라는 설명은 옳지 않다.

포화 칼로멜 전극은 내부에 Hg, Hg₂Cl₂, 포화 KCl 용액이 들어 있으며, 전극반응 $\mathrm{Hg_2Cl_2(s)+2e^-\leftrightarrow 2Hg(l)+2Cl^-}$에 따라 전위가 결정되는 기준전극이다.

이때 수은과 염화수은은 순수한 고체·액체로 활동도가 항상 1이므로 전위에 영향을 주지 않고, 오직 염화이온의 농도(포화 상태로 일정하게 유지되는 값)에 의해서만 전위가 정해진다. 따라서 '염소이온과 수은의 농도에 따라 전위가 변한다'는 설명은 옳지 않다.

원자질량분석에서 분광학적 방해는 목적 이온과 같은 m/z를 갖는 다른 화학종이 신호에 겹쳐 나타나는 현상으로, 다원자이온·동중핵종·산화물 및 수산화물 화학종이 대표적인 예이다.

반면 시료의 비휘발성(non-volatile) 성분에 의한 방해는 분무·이송 효율에 영향을 주는 물리적 방해(matrix effect)에 해당하므로 분광학적 방해로 분류되지 않는다.

이론단수는 $N=16\left(\dfrac{t_R}{W}\right)^2$로 구하며, 단 높이는 $H=\dfrac{L}{N}$이다.

A성분은 $N_A=16\left(\dfrac{10}{1}\right)^2=1600$, B성분은 $N_B=16\left(\dfrac{11}{1.1}\right)^2=1600$으로 두 성분 모두 이론단수가 1600이다.

따라서 단 높이는 $H=\dfrac{16\ \mathrm{cm}}{1600}=1.0\times10^{-2}\ \mathrm{cm}$로 계산된다.

전기량법 적정(전량 적정, coulometry)은 패러데이 법칙에 따라 전극에서 일정한 전류를 흘려 적정 시약을 전기화학적으로 발생시키고, 그 전기량(전류×시간)으로부터 반응한 물질의 양을 구하는 방법이다. 따라서 전류값이 일정하게 유지되어야 하므로 일정전류원이 반드시 필요하고, 전기량을 정확히 계산하려면 통전 시간을 정밀하게 측정할 정밀한 전자시계가 필요하다.

또한 시약을 전기분해로 발생시키고 종말점을 검출하는 적정전지(전해셀) 자체도 장치의 핵심 구성 요소이다. 이 세 가지는 전류×시간=전기량이라는 원리를 구현하는 데 필수적인 요소들이다.

반면 기체발생장치는 전기량법 적정의 표준 구성 요소가 아니다. 전기량법은 전극 반응으로 시약을 용액 내에서 직접 발생시키는 방식이며, 별도의 기체 발생 장치를 필요로 하지 않는다.