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화학과 학생들이라면 누구나 넘어야만 할 산인 물리화학


여기서 말하는 물리화학은 학문 분야로서의 물리화학이 아니고, 대딩들이 듣는 과목을 말함.



니들이 알아듣기 쉽게 비유하자면


일반물리 = 고전역학+전자기학+양자역학+통계역학 기타등등 짧게 추려서 간만 보는거


물리화학 = 물리학 전공수준의 열역학+통계역학+양자역학과, 화학과 대학원 수준의 반응론을 간단하게 추려서 맛만 보는거



교재로는 대부분의 대학이 Atkins를 쓰지 않을까 하고 짐작해봄. 이거만큼 잘쓰여진 책이 없다.



제l부 평형 
제1장 기체의 성질 
제2장 1법칙 
제3장 2법칙 
제4장 순수한 물질의 물리적 변환 
제5장 단순 혼합물 
제6장 화학평형 

>> 물리학과 학부과정에서의 열역학 수준이라고 보면 됨. Kittel 정도의 난이도를 가진 책을 짧게 압축해놓은 거라고 보면 된다. 5장쯤 가면 heterogeneous ideal solution 문제 정도를 풀게 되고, 6장은 화학쪽의 application(ex. 전기화학)에 치중되어 있음.

제ll부 구조 
제7장 양자론 : 서론과 원리 
제8장 양자론 : 방법과 응용 
제9장 원자의 구조와 스펙트럼 
제10장 분자 구조 
제11장 분자 대칭 
제12장 분자 분광학 1: 회전 및 진동 스펙트럼 
제13장 분자 분광학 2: 전자 상태 전이 
제14장 분자 분광학 3: 자기 공명 
제15장 통계 열역학 1: 개념 
제16장 통계 열역한 2: 응용 
제17장 분자간 상호작용 
제18장 재료 과학 1: 고분자와 자체-응집 
제19장 재료 과학 2: 고체 상태 

>> 9장까지 배우면 Pauli exclusion principle, Slater determinant, Spin, Hydrogenic atom... 정도를 익힐 수 있고 10장은 molecular orbital을 공부하는 과정으로써 Huckel theory(Secular equation), Hartree-Fock theory, DFT 등을 맛볼 수 있다.


11장부터는 (Finite) rotational group을 적용하여 분자의 에너지준위 갈라짐을 공부하여 이를 IR(적외선분광법), Raman spectroscopy 등에 응용하는 방법을 배운다. 개인적으로는 여기가 좀 어려웠음. 14장에서는 NMR을 배우는데 이건 화학과 3~4학년쯤에 공부하는 NMR을 아주 간단하게 익히는 장으로써 T1/T2 relaxation, NOE, COSY 등등을 아주 얕게 배운다. 자기장과 Spin의 상호작용을 익히는 것이 중점.


15~16장은 학부 통계역학 수준과 그것보다 조금 어려운 것을 가르치고 있는데, 15장은 Partition function, Canonical ensemble 정도를 가르치고 있고 16장부터는 Partition function을 어떻게 잘 쓰면 회전에너지나 열용량을 잘 계산할 수 있을지에 대해 설명하고 있다. 학생들은 이쯤가면 그냥 닥치고 외우는 상태로 돌입하게 되며 이 부분을 버리고 뼈만 취하겠다는 학생들이 속속 보이는 구간이다.


17장은 쌍극자모멘트의 계산, 편극률... 따위의 전기를 다루는 구간인데 여기에서 vdW interaction, Keesom force, Lennard-Jones potential 등 약한 상호작용들을 배울 수 있다. 하지만 내가 있는 학교에서는 가르치지 않아서 따로 공부하진 않았고 나도 이런 interaction에 관해서는 다른 책을 참고하여 공부하였기 때문에 버렸다.


18장과 19장에서는 고분자들(고분자, 단백질, DNA) 등이 용액속에서 대충 어떻게 움직이는지, 점성이 어떻게 되는지 이딴 걸 가르치는데 사실 '고분자화학'이라는 과목이 따로 개설되어 있는 경우가 많고 여기에 있는 것을 익혀봤자 정말로 수박겉핥기밖에 안되므로 강의하지 않는 것 같다. 19장에서 배우는 X-ray scattering, Superconductivity가 도대체 얼마나 깊이가 있을까. 사실 맛보기 수준도 안되는 거라 익혀도 소용이 없을 것 같다.


제lll부 변화 
제20장 운동하는 분자 
제21장 화학 반응의 속도 
제22장 분자 반응 동력학 
제23장 촉매작용 


>> 화학은 용액상태에서의 변환을 다루는 경우가 많기 때문에 확산방정식인 Fick's law를 잘 알고 넘어가야 하므로 20장에서는 확산에 전부를 할애하고 있다. 또한 물질이 물에 녹는다는 것은 전하를 띠는 이온으로 되어 물과 결합한다는 것을 의미하므로 약간의 전자기학도 공부할 수 있다(ex. Debye-Huckel equation).


21장에서는 반응속도에 대해서 공부를 하는데 상미분방정식을 풀어야하는 경우가 많으므로 약간 골머리를 썩는다(화학도에게는 이조차도 고통이다). 반응속도 v=d[A]/dt=k[A][B]^2 이딴거를 풀려면 머리가 지끈거리기 시작하는데 이 파트 역시 미칠듯한 암기력을 가진 자가 시험에서 승리하기 마련이다.


22장부터는 용액속 분자들이 무작위로 부딪힐 때, 잘 받아들일 수 있는 쪽이 있는가 하면 potential barrier 때문에 서로를 꺼려하는 방향이 있기 마련인데 이러한 문제에 대해 어떻게 풀 것인가를 공부하는 파트라고 할 수 있다. 이쯤되면 맛이 가기 시작하고, 교수도 대충대충 설명하는데 사실 이 파트는 유기화학자(유기물질 합성 전문)들이 더 잘 가르치므로 대학원에 가서 반응론을 따로 배우면 전문적으로 익힐 수 있다. 물리화학을 강의하는 대부분의 교수들의 전공분야가 분광학 또는 전자기기(organic semiconductor)와 관련된 것들이라 이러한 반응론에 대해서는 본인들도 대학원 시절에 살짝 맛본 것이 전부라고 할 수 있겠다.


경우에 따라서는 학부생보다도 못할 수도 있는 것이다.


23장에서는 Langmuir, BET isotherm에 대해서 공부하는데 이건 간단한 파트라 굳이 교수 강의를 듣지 않아도 혼자서 공부할 수 있다.





학부를 졸업하기 전에


Atkins의 책을 10% 정도만 이해하고 있다고 해도 연고대 대학원 면접 정도는 껌으로 통과할 수 있다고 생각한다.

(사실 연고대 이하로는 병신이냐 아니냐를 걸러내는 면접이라..)


50%를 이해하고 졸업을 한다면 그 학생은 어디에 내놔도 손색없는 학부생이라고 할 수 있을 것이고


90%라고 하면 박사들하고 맞다이 까도 이길 거라 생각함.


난 35% 정도 되는 거 같음.