몇가지 화학적 기본개념에 대한 재고찰 = Reconsideration on some basic concepts in thermodynamics and electrochemistry

국문 초록 (Abstract)

열역학의 역사는 오래 되었지만 그 이론은 가장 최신의 과학 이론에 있어서도 여전히 중요하게 적용되고 있다. 열역학이란 원칙적으로 측정 가능한 거시적 성질을 다루는 운용 과학(operational science)이라고 볼 수 있다. 열역학은 매우 실용적인 학문이다. 어떤 조건 하에서 특정한 화학반응이 일어날 수 없다는 것을 미리 알 수 있다면 그 반응을 헛되이 시도함으로써 낭비할 막대한 시간을 절약할 수 있다. 또한 열역학적 지식을 이용해 이 과정을 가능하게 하는 조건을 찾아낼 수도 있다.
그러므로 이러한 열역학과 관련된 여러 개념을 이해할 필요가 있다. 하지만 화학에서 몇몇 개념들은 표현상 약간 혼란스러운 경우가 있다.
예를 들어 열역학에서 P. W. Atkins와 R. G. Mortimer의 열효율식의 표현이 그렇고 또한 부호 관습이 그렇다. 그리고 가역·비가역이란 용어의 사용에 있어 혼란을 들 수 있다. 더불어 전기화학에서의 산화·환원과 관련하여 양극과 음극의 용어 사용을 들 수 있다. 이들은 모두 실제 생활에 직접적으로 관련되어 있는 것임에도 불구하고 각 교재의 식들은 그 표현에 있어 혼란을 야기하고 양극 음극의 경우는 실제 생활에서의 일상 용법과 전기화학에서의 용법이 서로 달라 배우는 학생들에게 혼란으로 인한 학습의 어려움을 주고 있다.
따라서 본 연구 내용은 세 가지의 주제를 다루고 있다. 첫째 열역학에서의 가역·비가역 용어, 둘째 열역학과 관련하여 부호 관습의 올바른 이해와 열역학에서의 열효율식 바로잡기, 셋째 전기화학에서의 산화·환원과 관련된 양극과 음극의 올바른 사용에 대해서 연구하였다.
이러한 과정을 거치면서 물리화학의 몇 분야에서 제시되는 기본 개념들을 다시 고찰하여 그 미흡한 부분을 보완하고 일부 오류를 바로 잡아 개선 방안을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In spite of the long history, thermodynamic is still considered as the newest science theory. Basically thermodynamic is operational science which deals with measurable macroscopic character. Thermodynamic is very practical subject. If we know certain chemical reaction can not be operated under given conditions in advance, we can save a lot of time. And we can find out the condition which makes the process possible using the knowledge of the thermodynamic.
Therefore we need to understand the relevant concepts of thermodynamic. However, some of the concepts in chemistry are still quite confusing.
These are the examples: the expression of Atkins's and Mortimer's thermal efficiency formula, the confusion of the words reversible and irreversible, positive poleㆍnegative pole related to oxidationㆍreduction in electrochemistry. Although they relate to our real life directly, the expression of contexts cause a lot of confusion. Particularly the usage of positive poleㆍnegative pole in electrochemistry has been reversed in real life and makes the learning of electrochemistry difficult.
So we introduce 3 topics in this thesis.
1. The concept of reversible and irreversible.
2. The right understanding of the convention in thermodynamic and rebuilding of the thermal efficiency formula.
3. The correction of positive poleㆍnegative pole related to oxidationㆍreduction in electrochemistry.
We introduce and rebuild some basic concepts of thermodynamics and electrochemistry in this thesis. And based on this, We present improved expressions and alternatives.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = i
• 표목차 = iii
• 그림목차 = iii
• Abstract = iv
• I. 서론 = 1
• 1. 연구의 필요성 = 1
• 2. 연구의 목적 = 2
• II. 본론 = 5
• 1. 열역학의 여러 개념 = 5
• 1-1. 열역학의 기본 개념 = 5
• 1) 열역학의 본질 = 5
• 2) 열역학에서 사용하는 용어 = 6
• 1-2. 열역학적 과정에서의 가역과 비가역 = 10
• 1) 열역학적 과정 = 10
• 2) 가역과정과 비가역과정 = 10
• 3) "비가역"이라는 용어의 세 가지 중요한 용도 = 11
• 1-3. 일과 열 = 12
• 1-4. 열역학의 제반 법칙들 = 18
• 2. ‘가역ㆍ비가역’이란 용어의 용도 = 27
• 2-1. 열역학적 과정과 가역성ㆍ비가역성 = 27
• 2-2. 열역학 제 2법칙과 가역성ㆍ비가역성 = 27
• 2-3. 화학반응과 가역성ㆍ비가역성 = 29
• 3. ＋/－의 부호의 3대 역할 = 31
• 3-1. 열역학 제 1법칙의 이해 = 31
• 3-2. 일(work)의 정의 = 32
• 3-3. 열역학에서의 부호 관습 = 36
• 3-4. 부호 관습에 대한 추가적 검토 = 39
• 4. 열효율식 = 44
• 5. 전기화학에서의 명칭 뒤바뀜 = 46
• 5-1. 전지와 전해(전기분해) = 46
• 5-2. 전기 화학에서의 한 가지 혼란 = 47
• III. 결론 = 52
• ※참고문헌 = 58
• 요약 = 60
• 감사의 글 = 61