15년 2회차

화학평형은 반응이 완전히 멈춘 상태가 아니라, 정반응과 역반응의 속도가 서로 같아져 겉보기에는 조성이 변하지 않는 동적 평형 상태를 의미한다.

정반응과 역반응이 동시에 진행된다는 서술만으로는 부족하다. 가역반응은 평형에 도달하기 전에도 두 방향이 함께 일어나므로, 평형을 규정하는 조건은 두 반응의 속도가 같아지는 것이다.

반응물과 생성물의 양(농도)이 같다는 것은 평형의 정의가 아니며, 평형상수 값에 따라 두 값은 얼마든지 다를 수 있다. 반응이 완전히 멈춘다는 설명도 평형의 본질과 맞지 않는다.

에틸알코올(C₂H₅OH)의 몰질량은 약 46 g/mol이므로, 8.72 g은 $\dfrac{8.72}{46} \approx 0.190\ \mathrm{mol}$에 해당한다.

융해열이 4.81 kJ/mol이므로 이 양이 녹을 때 흡수하는 열량은 $0.190 \times 4.81 \approx 0.91\ \mathrm{kJ}$이다. 이 문제는 알코올을 얼렸을 때(응고)의 엔탈피 변화를 묻고 있으므로, 열을 흡수하는 융해와 반대로 열을 방출하는 과정이 되어 부호가 음(-)이 된다.

따라서 응고에 따른 엔탈피 변화는 약 -0.9 kJ이다.

CH₃CHClCH₃는 2-chloropropane, CH₃-CH(OH)-CH₃는 2-propanol, CH₃-O-CH₂CH₃는 methoxyethane으로 모두 올바르게 명명되어 있다.

반면 CH₃-CH₂-COOH는 카복실기(-COOH)를 가진 화합물로 프로판산(propanoic acid)이라 불러야 한다. propanone은 케톤인 아세톤(CH₃COCH₃)의 명칭이므로 이 화합물의 이름으로는 잘못되었다.

아연-구리 전지(다니엘 전지)는 대표적인 볼타전지(갈바니전지)이며, 두 반쪽전지를 염다리로 연결해 전하 균형을 유지한다.

이 전지에서는 아연이 산화되어 아연 이온으로 녹아 나오고, 구리 이온이 환원되어 구리 금속으로 석출된다. 산화·환원 방향을 반대로 서술한 설명(구리이온이 산화되고 아연이 환원된다)이 틀린 내용이다.

구리가 석출되는 구리 전극 쪽은 질량이 증가하고, 아연이 녹아 나오는 아연 전극 쪽은 질량이 감소한다.

C₆H₁₀, C₁₂H₂₂O₁₁(설탕), CH₃NH₂(메틸아민)은 모두 탄소 골격을 가진 유기화합물이다.

반면 NaHCO₃(탄산수소나트륨)는 탄소를 포함하지만 탄산염 계열의 이온성 화합물로 분류되는 대표적인 무기화합물이다.

희석 전후 용질의 몰수는 변하지 않으므로 $M_1V_1 = M_2V_2$를 적용한다.

$16.0\ \mathrm{M} \times 8.00\ \mathrm{mL} = M_2 \times 125\ \mathrm{mL}$이므로 $M_2 = \dfrac{128}{125} \approx 1.02\ \mathrm{M}$이다.

물의 전기분해 반응식은 $2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2}$이므로, 물 2몰마다 산소 기체 1몰이 생성된다.

물 3.5몰이 분해되면 생성되는 산소는 $3.5 \times \dfrac{1}{2} = 1.75\ \mathrm{mol}$이고, 산소의 몰질량이 32 g/mol이므로 생성 질량은 $1.75 \times 32 = 56\ \mathrm{g}$이다.

염소(Cl)는 원자번호 17번으로 전자 17개를 가지며, 바닥상태 전자배치는 $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$이다.

바로 앞 18족 비활성기체인 네온(Ne, 원자번호 10)의 전자배치를 안정한 이너코어로 사용하면 [Ne]3s²3p⁵로 축약해 나타낼 수 있다. [Ar]을 이너코어로 쓰는 표기는 원자번호가 더 큰 원소에 해당하므로 옳지 않다.

같은 주기에서 왼쪽(Na)에서 오른쪽(Cl)으로 갈수록 유효 핵전하가 증가하면서 전자를 끌어당기는 힘이 커진다.

그 결과 1차 이온화에너지는 커지고, 원자반경은 오히려 작아지며, 전자친화력(전자를 얻으려는 경향)은 대체로 강해지고, 금속성은 감소(비금속성 증가)한다.

산성비는 대기 중 황산화물(SO₂, SO₃)과 질소산화물(NO, NO₂)이 물과 반응해 황산·질산이 되면서 발생한다. 황이 연소해 SO₂가 생성되는 반응, 질소와 산소가 반응해 NO가 되는 반응, SO₃가 물과 만나 H₂SO₄가 되는 반응은 모두 산성비 생성 경로에 해당한다.

반면 Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃(s)는 탄산칼슘이 침전되는 반응으로, 산성비를 만드는 산화·용해 경로와는 관계가 없다.

반응 $2\mathrm{HCO_3^-} \rightleftharpoons \mathrm{H_2CO_3} + \mathrm{CO_3^{2-}}$에서 한 분자의 HCO₃^-는 H⁺를 내주고 CO₃^2-가 되어 브뢴스테드-로우리 산으로 작용하고, 다른 한 분자의 HCO₃^-는 H⁺를 받아 H₂CO₃가 되어 브뢴스테드-로우리 염기로 작용한다.

즉 같은 HCO₃^- 화학종이 이 반응에서 산과 염기 양쪽으로 모두 작용하는 양쪽성(amphiprotic) 물질이다.

사슬 형태의 포화 탄화수소인 노르말 알케인은 탄소 하나당 수소 2개에 양 끝의 수소 2개가 더해지는 구조를 가져, 일반식이 $C_nH_{2n+2}$로 표현된다.

$C_nH_{2n}$는 알켄(또는 고리형 알케인), $C_nH_{2n-2}$는 알카인(또는 이중고리 화합물)의 일반식에 해당한다.

벤젠의 분자식은 C₆H₆이지만, 탄소와 수소의 원자수 비를 가장 간단한 정수비로 나타낸 실험식은 1:1이므로 CH이다.

산과 염기가 반응하면 중화반응이 일어나 염과 물이 생성된다는 설명이 옳다.

산은 붉은 리트머스를 그대로 붉게 유지시키고 오히려 푸른 리트머스를 붉게 변화시키며, 수소이온(H⁺)을 내놓는 것은 염기가 아니라 산의 성질이다. 또한 산의 pH는 7보다 작다.

원자 1개의 질량은 원자량을 아보가드로수로 나누어 구한다.

$\dfrac{195.09\ \mathrm{g/mol}}{6.022\times10^{23}\ \mathrm{/mol}} \approx 3.24\times10^{-22}\ \mathrm{g}$이다.

1몰은 아보가드로수(약 6.022×10²³)만큼의 입자를 의미하며, 원소 1몰의 질량은 그램 단위로 나타낸 원자량과 같다. 표준상태(STP)에서 기체 1몰의 부피는 22.4 L이다.

그러나 산소 기체(O₂) 1몰의 질량은 산소 원자 1개의 원자량(약 16)이 아니라, 산소 분자의 분자량(약 32)과 같다. 산소는 O₂ 형태로 존재하므로 원자량을 그대로 적용하는 설명은 틀렸다.

C(s) + O₂(g) → CO₂(g) 반응은 반응물과 생성물의 몰수 비가 1:1:1이므로, 몰 단위로는 0.5몰 탄소와 0.5몰 산소가 반응해 0.5몰의 이산화탄소를 만든다는 설명이 옳다.

그러나 탄소(12 g/mol)와 산소(32 g/mol)는 몰질량이 다르므로, 1그램의 탄소와 1그램의 산소가 반응해 1그램의 이산화탄소를 만든다는 설명은 질량보존법칙과도 어긋나며 옳지 않다.

기체 몰수 비가 1:1이므로 소비된 산소가 1몰이면 생성된 이산화탄소도 1몰이고, 등온·등압에서 이상기체는 몰수에 부피가 비례하므로 산소 1L가 소비되면 이산화탄소도 1L 생성된다는 나머지 설명은 모두 옳다.

AgNO₃의 몰수는 $3.0\ \mathrm{M} \times 0.200\ \mathrm{L} = 0.6\ \mathrm{mol}$(Ag⁺ 0.6 mol)이고, CuCl₂의 몰수는 $0.9\ \mathrm{M} \times 0.350\ \mathrm{L} = 0.315\ \mathrm{mol}$로 Cl^-는 그 2배인 0.63 mol이다.

Ag⁺ + Cl^- → AgCl(s) 반응에서 Ag⁺(0.6 mol)이 Cl^-(0.63 mol)보다 적으므로 Ag⁺이 한계반응물이 되어, 생성되는 AgCl은 0.6 mol이다.

따라서 생성되는 AgCl의 질량은 $0.6\ \mathrm{mol} \times 143\ \mathrm{g/mol} = 85.8\ \mathrm{g}$이다.

부탄의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_4H_{10}} + \dfrac{13}{2}\mathrm{O_2} \rightarrow 4\mathrm{CO_2} + 5\mathrm{H_2O}$로 균형이 맞는다.

탄소 원자 수로 b=4, 수소 원자 수로 c=5가 정해지고, 산소 원자 수를 맞추면 우변 산소 원자 수는 $4\times2 + 5\times1 = 13$이므로 O₂ 계수 a는 $\dfrac{13}{2}$이 된다.

$\mathrm{N_2O_4(g)} \rightleftharpoons 2\mathrm{NO_2(g)}$ 평형에서 정반응은 기체 분자 수가 1몰에서 2몰로 늘어나는 반응이다.

르샤틀리에 원리에 따라 계의 압력을 높이면 평형은 기체 몰수가 더 적은 쪽으로 이동하려 하므로, 반응은 NO₂가 N₂O₄로 되돌아가는 역반응 방향으로 진행된다.

무게백분율과 밀도로부터 몰농도를 구하는 식은 $M = \dfrac{10 \times d \times (\mathrm{wt\%})}{MW}$이다.

밀도 1.19 g/mL, 37.0 wt%, 분자량 36.46을 대입하면 $M = \dfrac{10 \times 1.19 \times 37.0}{36.46} \approx 12.1\ \mathrm{M}$이다.

전하균형식은 용액 중 모든 양이온이 지닌 전하의 합이 모든 음이온이 지닌 전하의 합과 같다는 원리로, 다가 이온은 전하수만큼 가중치를 곱해 더해야 한다.

KH₂PO₄와 KOH가 녹아 만들어지는 양이온은 H⁺와 K⁺이고, 음이온은 OH^-, H₂PO₄^-, HPO₄^2-, PO₄^3-이다. 따라서 전하균형식은 [H⁺]+[K⁺] = [OH^-]+[H₂PO₄^-]+2[HPO₄^2-]+3[PO₄^3-]와 같이 각 음이온의 전하수를 계수로 곱해 세워야 한다.

요오드 적정액은 순수한 I₂가 아니라 과량의 I^-가 함께 들어 있는 용액(사실상 I₃^-)을 사용하며, 종말점 검출에는 녹말(전분) 지시약이 널리 쓰인다. 환원성 분석물질을 요오드 용액으로 직접 적정하는 방법은 직접 요오드적정법이라 한다.

반면 간접 요오드적정법은 산화성 분석물질을 과량의 I^-와 반응시켜 그만큼의 요오드(I₂)를 생성시킨 뒤, 생성된 요오드를 적정하는 방법이다. 분석물질을 환원성으로, I^-를 미량으로 서술한 설명은 반응물의 성격과 양이 모두 실제와 반대로 되어 있다.

표준수소전극(SHE)은 $2\mathrm{H^+} + 2e^- \rightleftharpoons \mathrm{H_2}$ 반응에서 수소이온의 활동도와 수소 기체의 활동도를 모두 1로 정의한 기준 전극이며, 이 상태의 표준환원전위를 0.0V로 약속한다.

다른 모든 반쪽전지의 표준전위는 이 기준(활동도 1, 0.0V)과 비교하여 정해지므로, 활동도가 서로 다르거나 0.0V가 아닌 값으로 나타낸 설명은 표준수소전극의 정의와 맞지 않는다.

이온세기가 가장 큰 것은 Al(NO₃)₃이다.

이온세기는 $\mu = \dfrac{1}{2}\sum c_i z_i^2$로 계산되며, 이온의 전하수가 클수록 그 기여도가 전하수의 제곱에 비례해 커진다.

0.1M 기준으로 계산하면 NaCl은 $\mu=0.1$, Na₂SO₄는 $\mu=0.3$, MgSO₄는 $\mu=0.4$인 반면, 3가 이온을 포함한 Al(NO₃)₃는 $\mu=0.6$으로 가장 크다.

짝산 (CH₃)₃NH⁺의 Ka가 1.58×10^-10이므로, 트리메틸아민의 Kb는 $K_b = \dfrac{K_w}{K_a} = \dfrac{1.0\times10^{-14}}{1.58\times10^{-10}} \approx 6.33\times10^{-5}$이다.

약염기 근사식으로 $[\mathrm{OH^-}] = \sqrt{K_b \times C} = \sqrt{6.33\times10^{-5} \times 0.050} \approx 1.78\times10^{-3}\ \mathrm{M}$이며, pOH는 약 2.75이다.

따라서 pH = 14 - 2.75 ≈ 11.25이다.

침전 결정을 크고 순수하게 키우려면 묽은 용액에서 침전제를 천천히 가하면서 잘 저어주고, 필요하면 가열하여 용해도를 다소 높여 결정 성장(숙성)을 돕는 방법을 쓴다.

반면 침전제를 빨리 가하는 것은 급격한 과포화를 일으켜 작은 결정이 무수히 생기고 불순물 흡착(공침)이 늘어나는 원인이 되므로, 결정을 크게 키우는 데 적절하지 않은 방법이다.

침전적정의 종말점은 전극(전위차법), 침전 지시약, 빛의 산란(탁도 변화) 등을 이용해 검출한다.

리트머스 시험지는 산-염기 반응에서 pH 변화를 확인하는 도구로, 침전 생성 여부와는 관련이 없어 침전적정의 종말점 검출에 일반적으로 사용되지 않는다.

가해준 EDTA의 총 몰수는 $0.02\ \mathrm{M} \times 20\ \mathrm{mL} = 0.4\ \mathrm{mmol}$이고, 남은 EDTA를 적정한 Mg²⁺의 몰수는 $0.05\ \mathrm{M} \times 3\ \mathrm{mL} = 0.15\ \mathrm{mmol}$이므로 이 값이 과량으로 남은 EDTA의 양이다.

따라서 Fe³⁺와 결합한 EDTA는 $0.4 - 0.15 = 0.25\ \mathrm{mmol}$이며, 시료 10 mL 중의 Fe³⁺ 농도는 $\dfrac{0.25\ \mathrm{mmol}}{10\ \mathrm{mL}} = 0.025\ \mathrm{M}$이다.

용액이 무한히 묽어질수록 이온 간 상호작용이 사라져 활동도계수는 1에 수렴하고, 같은 이온세기에서는 전하가 같은 이온들의 활동도계수가 서로 비슷하며, 전하가 없는 분자는 이온세기와 무관하게 활동도계수가 대략 1로 유지된다.

그러나 활동도계수는 전해질의 종류 자체보다 이온세기와 이온의 전하수에 의해 좌우되는 값이므로, 전해질의 종류에 따라서만 달라진다는 설명은 활동도계수의 실제 특성과 거리가 멀다.

당량점에서의 칼슘 이온 농도는 약 1.34×10^-6 M이다.

당량점의 부피는
$V_{eq} = \dfrac{0.0360\ \mathrm{M} \times 50.0\ \mathrm{mL}}{0.0720\ \mathrm{M}} = 25.0\ \mathrm{mL}$
이며, 이때 총 부피는 75.0 mL이다.

당량점에서 형성된 CaY 착물의 전체 농도는 $\dfrac{0.0360 \times 50.0}{75.0} = 0.0240\ \mathrm{M}$이고, 착물이 조금씩 해리하며 $[\mathrm{Ca^{2+}}] = [\mathrm{Y'}]$가 성립한다.

따라서 $K_f' = \dfrac{[\mathrm{CaY}]}{[\mathrm{Ca^{2+}}][\mathrm{Y'}]} = \dfrac{0.0240}{[\mathrm{Ca^{2+}}]^2}$에 주어진 값을 대입하면
$[\mathrm{Ca^{2+}}]^2 = \dfrac{0.0240}{1.34\times10^{10}} \approx 1.79\times10^{-12}$
이고, 제곱근을 취해
$[\mathrm{Ca^{2+}}] \approx 1.34\times10^{-6}\ \mathrm{M}$
을 얻는다. 제곱근을 취하지 않은 1.79×10^-12를 답으로 고르지 않도록 주의한다.

평형상수는 생성물 항을 분자, 반응물 항을 분모에 두고 각 화학종을 반응계수만큼 거듭제곱해 쓴다. 이때 순수한 고체와 순수한 액체는 활동도가 1이라 식에서 빠지고, 기체는 농도 대신 부분압력으로 넣는다.

주어진 반응 Zn(s) + 2H⁺(aq) ⇌ Zn²⁺(aq) + H₂(g)에서 생성물은 Zn²⁺(계수 1)와 기체 H₂(계수 1), 반응물은 고체 Zn과 H⁺(계수 2)이다. 따라서 분자는 P_H2 × [Zn²⁺], 분모는 [H⁺]²이 되어야 한다.

고체 아연은 활동도가 1이므로 분모에 나타나지 않고, H⁺의 계수 2는 반드시 제곱으로 반영되어야 한다. 그러므로 [H⁺]를 제곱하지 않은 식, 생성물인 아연 이온을 분모로 내려놓은 식, 분자와 분모를 통째로 뒤집어 반응물을 분자에 올린 식은 모두 잘못된 표현이다.

CN^-의 짝산인 HCN의 산 해리상수 K_a와 CN^-의 염기 해리상수 K_b는 $K_a \times K_b = K_w$의 관계를 만족한다.

따라서 $K_b = \dfrac{K_w}{K_a} = \dfrac{1.0\times10^{-14}}{6.20\times10^{-10}} \approx 1.61\times10^{-5}$로 계산된다.

가해준 EDTA는 $0.1\ \mathrm{M} \times 100\ \mathrm{mL} = 10\ \mathrm{mmol}$이고, 남은 EDTA를 적정한 Mg²⁺은 $0.1\ \mathrm{M} \times 50\ \mathrm{mL} = 5\ \mathrm{mmol}$이다.

따라서 Mn²⁺와 반응한 EDTA는 $10 - 5 = 5\ \mathrm{mmol}$이며, 시료 50 mL 중의 Mn²⁺ 농도는 $\dfrac{5\ \mathrm{mmol}}{50\ \mathrm{mL}} = 0.1\ \mathrm{M}$이다.

H₂SO₄, HCl은 수용액에서 완전히 이온화되는 대표적인 강산이며, KOH는 완전히 이온화되는 강염기이므로 이 조합은 모두 강산 또는 강염기로만 이루어져 있다.

다른 보기들에는 CH₃COOH(아세트산), HF, NH₃와 같이 부분적으로만 이온화되는 약산·약염기가 하나 이상 섞여 있어 조건을 만족하지 않는다.

KF 없이 20.0mL 시료를 적정할 때 소모된 EDTA는 Mg²⁺와 Al³⁺를 합한 양으로, $0.0800\ \mathrm{M} \times 50.0\ \mathrm{mL} = 4.00\ \mathrm{mmol}$이다.

KF를 가하면 F^-가 Al³⁺만 선택적으로 가려서(마스킹) EDTA와 반응하지 못하게 하므로, 이때 소모된 EDTA는 Mg²⁺만의 양이 되어 $0.0800\ \mathrm{M} \times 30.0\ \mathrm{mL} = 2.40\ \mathrm{mmol}$이다.

따라서 Al³⁺의 몰수는 $4.00 - 2.40 = 1.60\ \mathrm{mmol}$이고, 원래 시료 20.0mL 중 농도는 $\dfrac{1.60}{20.0} = 0.080\ \mathrm{M}$이다.

HCl은 수용액에서 완전히 이온화되는 강산이므로 $[\mathrm{H^+}] = 0.01\ \mathrm{M} = 10^{-2}\ \mathrm{M}$이다.

따라서 $\mathrm{pH} = -\log(10^{-2}) = 2$이다.

산화-환원 지시약은 자신이 산화형과 환원형 사이를 오가며 색이 변하는 물질로, 색 변화가 나타나는 전위 범위는 네른스트 식으로부터 유도된다.

지시약 자체의 표준전위 E°를 중심으로, 전자 이동수 n을 반영하여 $E = E^{\circ} \pm \dfrac{0.05916}{n}\ \mathrm{V}$의 범위에서 색이 전이된다.

주파수의 단위 Hz, 힘의 단위 N, 전기량의 단위 C는 모두 올바르게 짝지어져 있다.

그러나 일률(공률, power)은 단위시간당 에너지 전달량이므로 단위는 J(에너지·일)가 아니라 W(와트, J/s)가 되어야 한다.

적정이 성립하려면 반응이 충분히 빠르게 완결되어야 한다. 반응 속도가 느리면 가한 적정액이 당량점까지 정량적으로 반응을 마치지 못한 채 종말점 판단이 흐트러지므로, 반응이 느려도 무방하다는 설명은 적정의 요건과 맞지 않는다.

이와 달리 반응이 화학양론적으로 일어나고 부반응이 없어야 하며, 당량점 부근에서 pH·전위·색 등 용액의 성질이 뚜렷이 변화해야 종말점을 검출할 수 있다는 나머지 조건들은 모두 타당한 적정의 요건이다.

적외선 흡수는 분자의 진동·회전에 의해 쌍극자모멘트가 변화할 때만 나타나는 현상이며, 전자전이의 허용 여부와는 무관하다. 결합전자전이가 허용된 결합만 흡수피크로 나타난다는 설명은 자외선-가시광선(UV-Vis) 흡수의 선택규칙을 적외선 분광법에 잘못 적용한 것이다.

반면 쌍극자모멘트 변화 조건, 간섭계를 이용한 푸리에 변환(FT-IR) 방식이 주로 쓰인다는 점, 파이로 전자검출기가 황산트리글리신(TGS) 박편으로 만들어져 특별한 열·전기적 성질을 갖는다는 설명은 모두 실제 적외선 분광법의 특성과 일치한다.

ICP 토치는 세 개의 동심관으로 이루어져 바깥쪽부터 냉각 기체, 플라즈마(보조) 기체, 시료 에어로졸이 각각 도입된다. 아르곤 플라즈마는 연료를 태우는 연소 반응이 아니라 유도코일에 의한 고주파 유도 가열로 형성되므로, 연소를 돕는 산화제를 따로 넣는 관은 필요하지 않다.

따라서 냉각 기체 도입구, 플라즈마 기체 도입구, 시료 에어로졸 도입구는 모두 실제 ICP 토치의 구성 요소이지만, 산화제 도입구는 해당하지 않는다.

브래그 법칙 $n\lambda = 2d\sin\theta$에 n=1, λ=0.497Å, d=1.356Å을 대입하면 $\sin\theta = \dfrac{0.497}{2 \times 1.356} \approx 0.1833$이 되어 θ ≈ 10.6°이다.

측각기 각도는 시료면에 대한 입사각의 두 배인 2θ로 눈금이 매겨지므로, 2θ ≈ 21.1°에 맞추어야 0.497Å 파장의 회절선을 관찰할 수 있다.

스핀이 금지된 단일항→삼중항 계간전이는 스핀 다중도가 보존되는 단일항→단일항 전이보다 오히려 일어날 확률이 낮다. 확률이 낮기 때문에 삼중항 들뜬상태에 머무는 시간(수명)이 길어지는 것이므로, 일어날 가능성이 더 크므로 수명이 길다는 설명은 인과관계가 반대로 서술되어 있다.

나머지 설명들 — 단일항 상태는 자기장 중에도 전자에너지 준위가 분리되지 않는다는 점, 들뜬 전자쌍이 단일항 또는 삼중항 상태로 존재할 수 있다는 점, 단일항에서는 스핀이 여전히 짝지어 있지만 삼중항에서는 두 전자스핀이 나란히(평행하게) 존재한다는 점은 모두 타당하다.

Lambert-Beer 식 $A = \varepsilon b c$에서 c는 시료의 몰농도를 나타내는 항이며, 빛의 속도와는 무관하다. c가 빛의 속도를 나타낸다는 설명이 식의 실제 의미와 어긋난다.

ε는 몰흡광계수, b는 빛이 지나는 시료층의 두께(광로길이), A는 흡광도를 나타낸다는 나머지 설명은 이 식의 정의와 일치한다.

미광(stray light)은 검출기에 들어오는 신호에 일정한 양(오프셋)으로 더해지는 경향이 있어, 투과되는 빛의 양이 아주 작은 고흡광도 영역에서 그 상대적 비중이 커진다. 그 결과 겉보기 흡광도가 실제보다 낮게 측정되는 편차가 흡광도가 클 때 특히 크게 나타난다.

반대로 흡광도가 작아 투과광이 충분히 큰 영역에서는 미광이 전체 신호에서 차지하는 비중이 작아 오차의 영향도 상대적으로 작고, 편차의 방향도 겉보기 흡광도가 항상 크게 나타나는 쪽이 아니라 작게 나타나는 쪽이다.

전형적인 분광기기는 안정한 복사에너지 광원, 특정 파장 영역을 선택하는 장치, 시료부, 복사선 검출기, 신호처리장치로 구성된다. 분리용 관은 컬럼을 이용해 성분을 물리적으로 분리하는 크로마토그래피 장치의 구성요소이지 분광기기 고유의 구성요소가 아니다.

따라서 안정한 광원, 제한된 스펙트럼 영역을 제공하는 장치, 복사선 검출기는 모두 분광기기의 정상적인 구성요소이지만, 분리용 관은 해당하지 않는다.

수은(Hg)은 상온에서도 증기압이 높아, 시료 속 수은을 SnCl₂ 같은 화학적 환원제로 금속 수은 증기 상태로 환원시킨 뒤 불꽃 없이 상온에서 바로 흡광도를 측정하는 찬 증기 원자화법이 가장 적합하다.

불꽃 원자화나 흑연로 원자화는 일반 금속 원소에 널리 쓰이는 방법이고, 금속 수소화물 발생법은 As, Se, Sb 등 수소화물을 형성하는 원소에 적용되는 방법으로 수은에는 해당하지 않는다.

공기-아세틸렌 불꽃보다 산화이질소(N₂O)-아세틸렌 불꽃은 훨씬 높은 온도를 낸다. 온도가 높아지면 Al, Ti, V 등 내화성 산화물을 형성하기 쉬운 원소도 효과적으로 원자화할 수 있다.

따라서 산화이질소-아세틸렌 조합을 쓰는 주된 목적은 불꽃 온도를 높이는 데 있으며, 가스 비용 절감이나 시료 분무 효율 향상과는 관계가 없다.

레이저 증발법(레이저 어블레이션)은 고출력 레이저를 고체 시료 표면에 직접 조사해 미세한 증기와 입자를 만들어내는 방법으로, 용해나 분해 같은 전처리 없이 고체 시료를 그대로 원자화 장치로 도입할 수 있다.

기체 분무화법, 수소화물 생성법, 초음파 분무화법은 모두 시료가 용액 상태로 준비되어 있어야 적용할 수 있는 도입 방법이다.

적외선 스펙트럼에서 특정 결합의 신축진동이 뚜렷이 나타나는 작용기 영역과 달리, 지문영역은 분자 골격 전체의 굽힘·골격 진동이 뒤섞여 나타나는 복잡한 저파수 영역으로, 대략 1200cm⁻¹ 아래쪽 구간을 가리킨다. 보기 중에서는 600~1200cm⁻¹ 범위가 여기에 해당한다.

이 영역의 흡수 패턴은 분자마다 미세하게 달라 사람의 지문처럼 화합물을 식별하는 데 활용되며, 두 스펙트럼의 지문영역이 정확히 겹치면 같은 화합물로 판단하는 근거가 된다.

ICP 토치의 불꽃은 고주파 유도코일이 감긴 부위에서 에너지가 직접 공급되어 플라즈마가 유지되므로, 유도코일 부근의 온도가 가장 높고 코일에서 멀어져 관측이 이루어지는 불꽃 앞쪽(꼬리불꽃)으로 갈수록 온도가 점차 낮아진다.

따라서 불꽃의 앞 끝에서부터 유도코일 쪽으로 갈수록 온도가 높아진다는 설명이 실제 온도 분포와 일치하며, 코일 근처가 가장 낮다거나 앞쪽 끝이 가장 뜨겁다는 설명은 반대로 서술된 것이다.

전자전이에 필요한 에너지 크기는 대체로 $n\to\pi^{*} < \pi\to\pi^{*} < n\to\sigma^{*} < \sigma\to\sigma^{*}$ 순으로 커진다. 비공유 전자쌍(n)에서 반결합 파이 오비탈(π*)로의 전이는 관여하는 오비탈 에너지 차이가 가장 작아 가장 작은 에너지에서 흡수가 일어난다.

반면 결합을 끊는 데 관여하는 σ→σ* 전이는 가장 큰 에너지를 필요로 하며, 그 사이에 π→π*와 n→σ* 전이가 위치한다.

다이아몬드 각인기로 표면에 미세하고 평행한 홈을 촘촘히 새겨 넣은, 단단하고 광학적으로 평평하며 깨끗한 표면을 가진 장치는 회절발(회절격자, grating)이다. 새겨진 각 홈이 개별 광원처럼 작용해 빛을 회절·간섭시켜 파장별로 분산시킨다.

간섭필터나 간섭쐐기는 얇은 유전체 박막의 간섭 효과를 이용해 특정 파장을 선택하는 장치이고, 광전증배관은 빛을 전기 신호로 바꾸어 증폭하는 검출기이므로 홈이 새겨진 격자 구조와는 원리가 다르다.

매질을 통과할 때 빛의 진동수와 광자 에너지는 변하지 않지만, 속도는 굴절률에 반비례해 $v = \dfrac{c}{n} = \dfrac{3.0\times10^{8}}{1.5} = 2.0\times10^{8}\ \mathrm{m/s}$로 느려지고, 파장도 같은 비율로 짧아진다.

따라서 굴절률 1.5인 매질 속에서 파장은 $\dfrac{500}{1.5}\approx 333\ \mathrm{nm}$로 줄어들어야 하므로, 파장이 공기 중과 같은 값으로 그대로 유지된다는 설명은 옳지 않다.

계간전이를 거쳐 삼중항 들뜬상태에서 바닥상태로 떨어지며 빛을 내는 발광은 인광이다. 형광이라고 이름 붙인 설명은 실제로는 인광의 정의를 서술한 것이므로 틀린 설명이다.

형광은 계간전이 없이 같은 다중도의 들뜬 단일항 상태에서 바닥상태로 곧바로 빠르게 떨어지며 발광하는 현상이며, 내부전환과 외부전환에 대한 나머지 설명은 무복사 전이 과정을 올바르게 서술하고 있다.

이 화합물은 ClCH₂(a)–CH(b)(CH₃)₂(c) 구조의 이소부틸 클로라이드이다. Ha(CH₂, 2개)는 이웃한 Hb 1개와만 짝지음이 일어나므로 $n+1 = 1+1 = 2$인 이중선, Hc(두 개의 등가한 CH₃, 6개)도 이웃한 Hb 1개와만 짝지어져 이중선(2)으로 나타난다.

반면 Hb는 서로 다른 결합상수를 갖는 두 이웃 그룹—Ha(2개)와 Hc(6개)—모두와 동시에 짝지어지므로, 각 그룹의 다중도를 곱으로 합성한 $(2+1)\times(6+1)=3\times7=21$개의 봉우리로 나타난다.

따라서 a, b, c의 다중도는 각각 2, 21, 2이다.

단색 X-선을 시료에 조사해 K, L 껍질 등 내부 전자를 광전효과로 방출시키고, 방출된 광전자의 운동에너지를 측정해 결합에너지를 구하는 방법이 X-선 광전자분광법(XPS)이다. 결합에너지는 원소의 종류뿐 아니라 그 원소가 놓인 화학적 환경(산화상태, 결합 구조)에 따라 미세하게 이동하므로, 원소 조성과 산화상태·구조 정보를 함께 얻을 수 있다.

Auger 전자분광법은 내부껍질 빈자리가 채워질 때 튀어나오는 오제 전자를 이용하고, 전자에너지 손실 분광법은 전자빔이 시료를 지나며 잃은 에너지를 분석하며, 레이저마이크로탐침 질량분석법은 레이저로 만든 이온을 질량으로 분석하는 방법이어서, X-선 광전자를 직접 이용하는 XPS와는 원리가 다르다.

진동·회전·전자에너지는 양자화되어 불연속적인 에너지 준위로 존재하지만, 병진에너지(분자 전체의 이동 운동에너지)는 준위 사이의 간격이 극도로 좁아 사실상 연속적으로 변하는 것으로 취급된다.

이 때문에 흡수·방출 스펙트럼에서 뚜렷한 선이나 띠로 나타나는 것은 전자·진동·회전 전이이며, 병진에너지의 변화는 개별 스펙트럼 봉우리로 관측되지 않는다.

¹³C는 천연존재비가 낮고 자기회전비도 ¹H보다 작아, 신호 감도가 ¹H-NMR보다 훨씬 낮다. ¹H-NMR보다 검출이 매우 용이하다는 설명은 실제와 반대로 서술된 것이다.

대신 ¹³C는 화학적 이동 범위가 넓어 봉우리 겹침이 적고 분자골격에 대한 정보를 얻기 좋으며, 낮은 존재비 때문에 인접한 ¹³C끼리 나란히 있을 확률이 낮아 탄소-탄소 짝지음이 거의 관측되지 않는다는 나머지 설명은 타당하다.

매트릭스-지원 레이저 탈착/이온화법(MALDI)은 시료를 매트릭스 물질과 함께 결정화한 뒤 레이저로 부드럽게 이온화하는 방법으로, 단백질·고분자와 같이 분자량이 매우 큰 분자도 파편화 없이 이온화해 관찰하는 데 널리 사용된다.

화학이온화법에서도 조건에 따라 (M-1)⁺ 봉우리가 관찰될 수 있고, 전자충격이온화는 오히려 강한 이온원이어서 분자이온이 쉽게 깨져 분자이온 봉우리 관찰이 어려운 경우가 많으며, 장이온화법은 매우 약한 이온원이어서 분자이온 봉우리를 비교적 잘 관찰할 수 있다는 점에서 나머지 설명들은 실제와 다르다.

H₂S 시료 용액의 농도는 약 4.43 mM이다.

전기분해로 발생시킨 전하량은
$Q = I \times t = 0.0526\,\mathrm{A} \times 812\,\mathrm{s} \approx 42.71\,\mathrm{C}$
이며, 전자의 몰수는 패러데이 상수로 나누면
$\dfrac{42.71}{96485} \approx 4.43\times10^{-4}\,\mathrm{mol}$
이다.

전극에서 $2\mathrm{I^-} \rightarrow \mathrm{I_2} + 2\mathrm{e^-}$로 I₂가 생성되므로 I₂의 몰수는 전자 몰수의 절반인 약 $2.21\times10^{-4}\,\mathrm{mol}$이고, 반응 $\mathrm{H_2S} + \mathrm{I_2} \rightarrow \mathrm{S(s)} + 2\mathrm{H^+} + 2\mathrm{I^-}$가 1:1 반응이므로 H₂S의 몰수도 같다.

50.0mL 시료 부피로 나누면 농도는
$\dfrac{2.21\times10^{-4}\,\mathrm{mol}}{0.0500\,\mathrm{L}} \approx 4.43\times10^{-3}\,\mathrm{M} = 4.43\,\mathrm{mM}$
이다.

ICP-MS에서 문제가 되는 방해는 동중핵이온, 다원자이온, 이중하전이온 등 질량 대 전하비가 겹쳐서 생기는 방해가 중심이다.

떠돌이빛(stray light)은 빛을 분산·검출하는 광학 분광법(UV-Vis, ICP-AES 등)에서 문제되는 요인으로, 이온을 질량으로 분리해 검출하는 질량분석법의 방해 요인에는 해당하지 않는다.

질량스펙트럼은 시료 분자가 이온화된 뒤 질량 대 전하비(m/z)에 따라 분리되어 나타나므로, 분자이온 봉우리의 m/z 값으로부터 분자량을 직접 읽어낼 수 있다. 이는 질량분석법이 제공하는 가장 기본적이고 유효한 정보이다.

반면 중성자의 무게는 이미 알려진 물리상수이고, 음이온이나 자유 라디칼의 무게 역시 질량스펙트럼을 얻어 확인하려는 대표적인 목적 정보로 보기 어렵다.

비분할(splitless) 주입법은 시료 대부분이 컬럼으로 들어가도록 하는 방식이어서 농도가 매우 낮은(희석된) 시료의 미량 분석에 적합하다. 다만 분할밸브가 닫혀 있는 동안 라이너에 시료 증기가 머무르다가 이후 밸브가 열려 잔류 용매를 배출하는 과정에서 휘발성이 큰 성분 일부가 함께 빠져나가 손실될 수 있어, 이런 성분의 정량에는 불리하게 작용할 수 있다.

이에 비해 분할(split) 주입법은 시료의 일부만 컬럼에 들어가므로 고농도 시료에는 적합하지만 성분별로 분할 비율이 달라지는 차별 효과 때문에 정량 재현성이 떨어질 수 있고, on-column 주입법은 시료를 가열된 주입구를 거치지 않고 컬럼에 직접 넣기 때문에 오히려 열에 민감한 화합물 분석에 유리한 방법으로 알려져 있다.

녹음(용융), 탈착·탈수, 증발·기화는 모두 물질이 에너지를 흡수하며 상이 변하거나 분자가 떨어져 나가는 과정으로, DTA·DSC에서 흡열 봉우리로 나타난다.

반면 산소가 있는 상태에서 일어나는 산화 중합(경화) 반응은 새로운 결합이 생성되며 에너지를 방출하는 반응이므로, 흡열이 아니라 발열 봉우리로 나타난다.

전기분해로 흘린 전하량은 $Q = 0.5\,\mathrm{A} \times 3600\,\mathrm{s} = 1800\,\mathrm{C}$이며, 전자의 몰수는 $\dfrac{1800}{96485} \approx 0.01866\,\mathrm{mol}$이다.

양극 반응 $2\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{O_2(g)} + 4\mathrm{H^+} + 4\mathrm{e^-}$에서 O₂는 전자 4몰당 1몰씩 생성되므로 O₂의 몰수는 $\dfrac{0.01866}{4} \approx 4.66\times10^{-3}\,\mathrm{mol}$이다.

표준상태 부피로 환산하면 $4.66\times10^{-3} \times 22400\,\mathrm{mL/mol} \approx 104\,\mathrm{mL}$가 된다.

전기무게분석법은 전극에 석출된 금속(또는 화합물)의 질량 변화를 직접 저울로 측정하는 방법으로, 정확한 무게 측정을 위해서는 어느 정도 많은 양(거시량)의 시료가 필요하다.

이에 비해 일정전위·일정전류 전기량법이나 전기량 적정법은 흘려보낸 전하량을 정밀하게 측정해 미량 성분까지 정량할 수 있는 방법으로, 많은 양보다는 미량·정밀 분석에 강점이 있다.

기체-고체 크로마토그래피(GSC)는 고정상이 고체 입자 자체이므로, 분석물이 고정상 표면에 붙었다 떨어지는 흡착 평형에 의해 분리가 일어난다.

이동상 기체와 액체 정지상 사이의 용해 평형에 의존하는 분배는 기체-액체 크로마토그래피(GLC)의 분리 기구이며, 흡수나 이온교환은 GSC의 분리 원리와는 다르다.

선택인자(α)는 두 용질의 머무름 인자(k′) 비로 정의되며, 컬럼 온도, 이동상 조성, 정지상 조성이 바뀌면 두 용질과 정지상 사이의 상대적 친화도가 달라져 α 값도 함께 변한다.

반면 정상적인 농도 범위 안에서 시료의 주입량을 늘리거나 줄이는 것은 머무름 시간 자체에 큰 영향을 주지 않으므로, 선택인자 변화의 주된 요인으로 보기 어렵다.

이온화장치, 질량분리기, 검출기는 이온이 공기 분자와 충돌해 흩어지거나 반응하는 것을 막아야 하므로 모두 고진공 상태로 유지되어야 한다.

반면 신호처리기는 검출기에서 나온 전기 신호를 증폭·기록하는 외부 전자장치로, 진공 상태를 필요로 하지 않는다.

머무름지수(Kovats index)는 정의상 n-알칸의 지수를 탄소수 × 100으로 고정해 놓고 다른 화합물을 그 사이에 끼워 넣는 척도다. 따라서 n-Butane(C4)은 400, n-Pentane(C5)은 500, n-Heptane(C7)은 700이어야 하며, 조정머무름시간이 얼마로 측정되든 이 값은 달라지지 않는다.

n-알칸이 아닌 화합물은 앞뒤 n-알칸의 조정머무름시간 t′ = t_R − t_M에 로그를 취해 내삽한다.
I = 100n + 100 × [log t′(시료) − log t′(C_n)] / [log t′(C_n+1) − log t′(C_n)]

표의 값으로 계산하면 2-Butane은 t′ = 2.67로 n-Butane(2.21)과 n-Pentane(4.10) 사이에 있어 I = 400 + 100 × (0.4265 − 0.3444)/(0.6128 − 0.3444) ≈ 431, Toluene은 t′ = 16.32로 n-Hexane(7.61)과 n-Heptane(14.08)의 기울기를 연장하면 I = 600 + 100 × (1.2127 − 0.8814)/(1.1486 − 0.8814) ≈ 724로 제시된 726과 거의 같다.

결국 431과 726은 계산값과 사실상 일치하고 400은 정의값 그대로인데, n-Heptane에 붙은 761만 정의값 700에서 60 이상 벗어나 있다. 이것이 가장 거리가 먼 표기다.

선택인자(α)는 1.25이다.

선택인자는 두 용질의 머무름인자(k′) 비로 구하며, 죽은시간(머물지 않는 화학종의 통과시간) t₀=1.40분을 빼서 보정한 순머무름시간을 사용한다.

용질 A: $t_A' = 13.40 - 1.40 = 12.00\ \mathrm{min}$, 용질 B: $t_B' = 16.40 - 1.40 = 15.00\ \mathrm{min}$이므로,
$\alpha = \dfrac{t_B'}{t_A'} = \dfrac{15.00}{12.00} = 1.25$
이다.

봉우리 너비는 분리능(해상도)이나 이론단수를 구할 때 쓰이는 값으로, 선택인자 계산에는 관여하지 않는다.

Pt 산화전극으로 Fe²⁺를 전기량 적정할 때, Fe²⁺ 농도가 줄어들면 정해진 일정전류를 유지하기 위해 전극전위를 계속 높여야 하며, 이 전류는 정전류기로 제어한다. 이때 전위가 지나치게 높아지면 부반응인 물의 전기분해가 일어나 전류효율이 떨어질 수 있으므로, 이를 막기 위해 보조시약을 사용해 분석물을 100% 전류효율로 산화·환원시키는 것이 올바른 대책이다.

물의 전기분해가 일어나면 물을 더 첨가해 농도가 묽어짐을 방지한다는 설명은 실제 대책(보조시약 사용)과 무관한 서술로, 전기량법의 원리에 맞지 않는다.

이 전지의 표준전위는 0.596V가 아니라 2.122V이므로, 이 설명이 틀렸다.

표준환원전위가 더 큰 $\mathrm{Cl_2(g)} + 2\mathrm{e^-} \rightarrow 2\mathrm{Cl^-}$ 반쪽반응이 환원전극(cathode)에서, 더 작은 $\mathrm{Zn(s)} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + 2\mathrm{e^-}$ 반쪽반응이 산화전극(anode)에서 일어난다는 설명과, 전체 반응이 $\mathrm{Zn(s)} + \mathrm{Cl_2(g)} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}(aq)} + 2\mathrm{Cl^-(aq)}$라는 설명은 모두 옳다.

이 전지의 표준전위는
$E^{\circ}_{\mathrm{cell}} = E^{\circ}_{\mathrm{cathode}} - E^{\circ}_{\mathrm{anode}} = 1.359 - (-0.763) = 2.122\,\mathrm{V}$
로 계산된다.

기체 크로마토그래피의 운반 기체는 분석물이나 정지상과 반응하지 않는 불활성 기체여야 하며, He, N₂, Ar은 모두 이 조건을 만족하는 대표적인 운반 기체이다.

Cl₂는 반응성이 매우 큰 부식성 기체이므로 시료·정지상과 반응하거나 기기를 손상시킬 수 있어 운반 기체로 쓸 수 없다.

극성이 다른 2~3가지 용매의 조성비를 시간에 따라 연속적 또는 단계적으로 바꾸어 가며 흘려보내 분리능을 높이는 방법을 기울기 용리(gradient elution)라 한다.

온도 프로그램은 GC에서 컬럼 온도를 변화시키는 방법이고, 분배 크로마토그래피와 역상 크로마토그래피는 분리 원리나 정지상·이동상의 극성 배치를 가리키는 용어로, 용매 조성을 시간에 따라 바꾸는 조작 자체를 뜻하지 않는다.

분리능은 이론단수(N), 선택인자(α), 용량인자(k′)가 커질수록 향상된다. 이론단수를 늘리거나(더 긴 컬럼, 효율적인 충전), 선택인자를 크게 하거나(고정상·이동상 조성 최적화), 용량인자를 적절히 키우는 것은 모두 분리능을 높이는 검증된 방법이다.

반면 이동상의 유속을 무작정 빠르게 하는 것은 반데르뎀터(Van Deemter) 곡선상 최적유속을 벗어나 오히려 물질전달 평형이 충분히 이루어지지 않게 만들어 이론단수를 감소시키고 분리능을 떨어뜨릴 수 있으므로, 분리능 향상 방법으로 보기 어렵다.

고체 시료의 표면에 존재하는 원소를 정성·정량 분석하는 대표적인 원자질량분석법은 이차이온 질량분석법(SIMS)과 레이저 마이크로탐침 질량분석법(LAMMA)이다.

이차이온 질량분석법은 고에너지 1차 이온빔을 시료 표면에 조사하여 스퍼터링으로 튕겨 나오는 2차 이온을 질량분석기로 검출하며, 레이저 마이크로탐침 질량분석법은 펄스 레이저로 시료 표면의 미세 영역을 증발·이온화시켜 발생한 이온을 분석한다. 두 방법 모두 빔이나 레이저가 닿는 아주 얇은 표층만 소모하므로 국소 영역의 원소 조성을 매우 높은 감도로 얻을 수 있다.

반면 글로우 방전 질량분석법은 방전으로 시료를 비교적 깊은 곳까지 깎아내며 이온화시켜 고체 전체의 미량 성분을 분석하는 데 주로 쓰이므로, 표면 성분 정량을 목적으로 하는 방법으로 함께 묶이지 않는다.

M:M+1:M+2:M+3의 상대 세기는 99:1:33:0.33이다.

탄소와 염소를 각각 한 개씩 포함하는 화합물의 동위원소 봉우리 세기는 두 원소의 동위원소 존재비를 곱해서 구한다. 가장 가벼운 동위원소만으로 이루어진 M 봉우리의 상대세기를 $99 \times 75 = 7425$로 두면, 나머지 봉우리는 다음과 같이 계산된다.

M+1(${}^{13}\mathrm{C},\ {}^{35}\mathrm{Cl}$)은 $1 \times 75 = 75$, M+2(${}^{12}\mathrm{C},\ {}^{37}\mathrm{Cl}$)는 $99 \times 25 = 2475$, M+3(${}^{13}\mathrm{C},\ {}^{37}\mathrm{Cl}$)은 $1 \times 25 = 25$이다.

네 값을 모두 75로 나누어 M 봉우리를 99로 맞추면
$M:M{+}1:M{+}2:M{+}3 = 7425:75:2475:25 = 99:1:33:0.33$
이 되어, 두 원소의 동위원소 조합 확률을 곱해 상대 세기를 얻는다는 것을 확인할 수 있다.