화학의 주요개념
원자와 원소는 과거의 화학에서 물질을 마지막까지 쪼개면 마지막으로 남는 물질을 구성하는 기초적인 입자가 있다고 생각했다. 당시엔 이것을 원자라고 말했다. 원자는 물질을 구성하는 가장 기초적인 입자이며 이것은 고대 그리스의 데모크리토스에서 처음 명명되었다. 1803년 존 돌턴은 원자론이라는 것을 처음으로 정리를 했고 20세기 초 화학자들이 원자를 구성하고 있는 좀 더 작은 입자들을 발견했다. 다시엔 이것들은 전자와 양성자 그리고 중성자들이었다. 전자의 경우 음전하를 지니고 있고 양성자는 양전하를 중성자는 전하를 띄지 않은 중성의 상태로 있었다. 원자는 양성자와 중성자가 중심을 이루며 원자핵을 지니고 있다. 전자는 이 원자핵 주위를 원자궤도를 그리면서 위치해있다.
원소의 경우 일반적인 물리적, 화학적 방법을 통해 분해되어지지 않는 물질을 뜻한다. 원소의 경우 원자핵있는 양성자의 개수로 원자번호가 붙어지며 산소와 철, 주석, 황 등이 원소라고 불릴 수 있다. 19세기 중반에 80여개의 원소를 발견했고 이것들을 주기율에 따라 배열을 했고 이를 원소 주기율표라고 부른다.
동위원소란 동위체라고도 하면 아이소토프라고 부른다. 화학적으로는 서로를 구분하기가 어렵지만 구성하고 있는 원자의 질량이 다를 경우 이것들을 서로 다른 원소를 우리는 동위원소라고 부른다. 아이소토프는 그리스어 isos와 topos의 합성어로 같은 장소라는 뜻이다. 질량은 달라도 원소 주기율표상 같은 장소에 위치하고 있어 1901년 소디라는 영국의 화학자가 아이소토프라는 이름을 붙였다. 대부분의 원소들은 동위원소를 가지고 있고 동위원소의 경우 원자 번호는 같지만 중성자의 갯수가 다른 원소를 의미한다. 동위 원소는 화학적 성질은 같지만 원자량의 차이 때문에 분해가 가능하다. 자연에서 발견된 92개의 원소 중 88개는 동위 원소를 갖고 있으면 이 동위원소는 지표면 상에 있다. 자연에서 동위원소가 발견되지 않아도 핵반응을 통해 인위적으로 동위원소를 만들 수 있으면 어떤 동위 원소는 방사능을 갖는다. 이 원소는 원자핵의 불안전성때문에 방사선을 방출하고 이 때문에 자연적으로 사라진다.
동중원소의 경우 질량은 같지만 양성자의 개수가 다른 원소를 의미한다. 동중 원소의 경우 동위 원소와 다르게 화학적, 물리적 성질이 모두 다르다.
분자는 원자의 결합체 중에서 독립적으로 존재하는 입자이며 단위체다. 일정 개수의 원자가 특정 규칙을 갖고 배열이 되여 결합이 되면 분자가 된다. 원자의 경우 원소의 최소단위이며 분자의 경우 화합물의 최소 단위이다. 원자가 결합이 될 경우 전자가 재배치를 함에 따라 화학적 변화가 일어나는데 이것을 화학에서 가장 관심을 갖고 보는 현상이다.
화학 반응이란 원자나 분자가 화학적 변화가 생기는 것을 말하며 원자간의 결합이 끊기거나 결합이 다시 생기는 일을 말한다. 결합이 끊어질 경우 에너지가 흡수가 되며 결합이 생기는 경우 에너지가 방출이 된다. 화학 반응의 가장 쉬운 예시로는 수소와 산소가 반응하여 물이 되는것이다. 화학 반응에선 원자는 새로 만들어지거나 나타나지 않는다. 에너지가 흡수되거나 방출되는 것을 에너지로 표현이 가능한데 이를 발열 반응이 될 수도 있고 흡열 반응이 될 수도 있다고 한다. 발열 반응의 경우 열을 방출하는 것을 의미하며 엔탈피 변화가 마이너스로 표현이 되고 흡열 반응의 경우 열을 흡수하는 것을 의미하고 엔탈피 변화가 플러스로 표현이 된다.
화학 결합은 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합과 같이 세가지 종류로 나눠질 수 있다. 이온은 전하를 가지고 있는 원자나 분자를 의미하며 이온 결합은 양전하와 음전하의 전기적인 인력을 통해 만들어지는 결합이라고 할 수 있다. 예를 들자면 염화 나트륨의 경우 양전하를 지닌 나트륨이온과 함께 음전하를 지닌 염화 이온이 전기적 결합을 이루어 이온 결합을 한 화합물이다. 이런 물질을 물에 넣으면 이온들은 물 분자로 인해 수화되어지고 수용액이 만들어진다. 이 수용액의 경우 전기전도도를 갖게된다.
공유결합이란 원자 궤도에 겹쳐진 두 원자가 전자쌍을 서로 갖게되면서 만들어지는 현상을 말한다. 공유결합은 발열 반응을 일으키면 발생되고 이때 방출되는 열의 양을 그 결합에서의 결합에너지라고 볼 수 있다. 결합에너지 만큼의 열들 다시 가하게 된다면 그 결합은 끊어지게 된다.
금속 결합이란 금속 원자의 전자가 나와서 자유전자를 생성하며 만들어지는 결합이다. 금속의 특징 중 하나인 연성과 전성이 나눠지는 이유가 이 때문이다.
화학의 종류
화학엔 다양한 종류가 있으면 상세 내용은 다음 포스팅에서 논의하고 이번 포스팅에선 간단하게 정리해보려고 한다. 화학은 취급되어지는 대상이나 방법에 따라서 몇개의 분과로 나눠질 수 있다. 분석화학의 경우 물질을 분석하며 물질의 존재를 취급하는 정성 분석, 물질의 양을 결정하는 정량 분석으로 나눠진다. 유기화합물은 탄소를 포함한 화합물을 의미하며 이를 다루는 유기화학과 함께 유기화합물을 제외한 다른 화합물을 다루는 무기 화합물로 나누어진다. 물리학과 화학을 동시에 다루면 그 경계에 위치한 물리화학이란 학문도 있고 생물학과 화학을 다루는 생화학이란 학문도 있다. 물리화학의 경우 분자의 구조와 성질에 따라 구조화학으로 나누어진다. 2차 세계대전 이후부턴 방사화학이란 학문이 발전했고 이는 방사성 물질을 다루는 학문이다. 그리고 공업화학이란 학문도 발전을 했는데 이는 화학 공업을 다루는 학문이다. 이외에도 다양한 화학 학문이 있다.
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