위험물기능사, 위험물산업기사, 위험물기능장 자격증 취득을 위해서는 일반화학의 문턱을 넘어야 합니다. 그렇다고 어려워 마세요. 수준은 그렇게 높지 않습니다. 고등학교에서 배우는 정도라고 보시면 맞을 것 같습니다. 다만 화포자 즉, 화학 포기자라면 조금 달라질 수 있습니다만 『책 읽는 소방장이 _ digital-normad7.tistory.com 』블로그에 포스팅되어 있는 내용만 숙지하시면 합격하는데 문제가 없습니다.
화학을 공부하다 보면 용어를 몰라서 이해하지 못하는 경우가 많습니다. 오늘 소개하는 물질(Matter), 원소(Element), 원자(Atom), 분자(Molecule), 화합물(Compound), 화학식(분자식, 실험식, 구조식) 정도는 반드시 알고 계셔야 합니다. 이것들이 이번 시간에 공부할 재료입니다. 저와 함께하시면 어려운 것도 쉽게 할 수 있습니다. 출발해 보겠습니다.
1. 물질이란
"질량과 부피를 갖는 우주의 모든 것"이라고 합니다.
1) 순물질
① 일정한 조성과 특정한 성질(고유성, 본질)을 갖는 물질을 말합니다.
② 다른 물질이 섞여 있지 않고 한 종류만으로 이루어진 물질을 말합니다.
③ 고유한 성질이 있고, 녹는점, 어는점, 끓는점, 밀도 등이 일정한 물질을 말합니다.
④ 물리적인 방법에 의하여 더 이상 분리될 수 없는 물질을 말합니다.
예) ㉠ 원소
한 종류의 원자로 이루어진 물질
㉡ 화합물
두 종류 이상의 원자로 이루어진 물질
2) 혼합물
두 종류 이상의 순물질이 섞여있는 물질을 말하며, 일반적으로 액체 및 기체 혼합물은 균일 혼합물에 속하며, 고체 혼합물은 불균일 혼압물에 속합니다. 혼합물을 분류하는 가장 간단한 기준은 해당 혼합물이 전체적으로 고르게 섞여 있는지 여부입니다.
- 성분(component) : 혼합물을 구성하는 각각의 순물질을 말합니다.
① 균일 혼합물
용액과 같이 조성, 외양 등이 전체적으로 일정한 혼합물
② 불균일 혼합물
흙탕물과 같이 조성, 외양 등이 전체적으로 일정하지 않은 혼합물
3) 가장 간단한 혼합물 분류 기준
① 고르게 섞여 있는지 여부
혼합물을 분류하는 첫 번째 기준은 해당 혼합물이 전체적으로 고르게 섞여 있는지 여부를 보는 것입니다. 즉, 고르게 섞여 있으면 균일 혼합물, 그렇지 않다면 불균일 혼합물이 됩니다. 그렇다면 우유는 여기서 어디에 해당할까요?
② 중력이나 시간에 따라 분리되는지 여부
혼합물을 분류하는 두 번째 기준은 혼합물이 액체 상태일 때 분류하는 것입니다. 중력이나 시간의 경과에 따라 혼합물의 구성 성분이 분리되는지 여부를 보는 것입니다.
4) 혼합물을 구분하는 3가지 종류
① 균일 혼합물 : 설탕물, 소금물
㉠ 가만히 두어도 분리되지 않습니다.
㉡ 원심분리기를 이용해 분리할 수 없습니다.
② 불균일 혼합물 : 흙탕물
- 가만히 두면 분리가 됩니다.
③ 콜로이드계(분산계) : 우유
- 콜로이드는 균일 혼합물과 분균일 혼합물의 중간 상태인 물질을 말합니다. 균일 혼합물처럼 전체적으로 균일하지도 않고, 불균일 혼합물처럼 중력에 의해 쉽게 분리되지도 않는 물질이 여기에 해당합니다.
㉠ 가만히 두어도 분리되지 않는다
㉡ 원심분리기를 이용해 분리할 수 있다
2. 원소(Element)와 화합물(Compound) 그리고 원자와 분자
아래 그림은 물의 전기분해를 나타낸 그림입니다. 여기서 물은 화합물 (Compound)입니다. 물을 구성하고 있는 $H$와 $O$는 원소(Element)입니다. 화합물은 위에서 설명했으니 여기서는 자세한 설명은 생략하도록 하겠습니다.
- $H_2O$를 통해 원소와 원자의 개념 이해하기
| 같은 의미 | 더 이상 분해되지 않는 기본 성분 예) H 원소 1종류 + O 원소 1종류, 원소 2종류 |
| 다른 의미 | 원소는 갯수를 셀 수 없는 종류이다. 원자는 원소의 각 종류 별 갯수를 셀 수 있다. 예) H 원자 2개 + O 원자 1개, 원자 3개 |
우리가 자주 접하는 원소주기율표는 종류를 나타내고 있기 때문에 원소입니다. 일반적인 분자식이나 화학식에서는 원자의 개수를 읽습니다.
- $C_6H_1$$_2$$O_6$(포도당)에서 원소와 원자는 몇 개인가요?
ㆍ원소 : C + H + O = 원소 3종류
ㆍ원자 : C:6개 + H:12개 + O:6개 = 원자 24개
★ 포도당과 같은 분자성 또는 공유결합성 화합물은 화합물이지만 분자도 됩니다.
1) 원소(Element)
한 가지 종류로 이루어진 물질을 원소(Element)라고 합니다. 물의 구성 성분인 $H$와 $O$가 여기에 해당합니다. 어렵게 생각하지 마시고 원소 주기율표를 생각하면 됩니다. 여기에 있는 것들을 원소라고 합니다.
| 원소는 물질을 구성하는 가장 기본적인 성분이다. 주기율표에 나오는 알파벳 기호가 각각 원소의 종류를 나타낸다. 한 종류의 성분으로만 이루어진 물질을 홑원소 물질이라고 하는데, 홑원소 물질도 원소라고 한다. |
① 아주 작은 단위(원자 단위)로 구별하는 기본 구성 물질의 종류를 말합니다.
② 하나하나의 낱개를 의미하는 것이 아니라 종류를 의미합니다.
- '몇 개'라고 나타내는 것보다 '몇 종류'라고 표현하면 좀 더 쉽게 이해되실 것입니다.
③ 원소는 원자라고 하는 물질로 구성되어 있습니다.
예를 들어 산 소($O_2$) 기체 또는 오존($O_3)을 이루는 원소는 산소($O$)입니다. 즉, 산소 원자($O$), 산소 분자($O_2$), 오존 분자($O_3$) 모두 한 가지 종류로 이루어져 있으므로 '원소'에 해당하는 것입니다.
참고로 원소 주기율표의 0족에 해당하는 비활성기체족은 원자도 되고, 분자도 되고, 원소도 됩니다.
2) 원자(Atom)
화학반응으로 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 물질을 원자라고 합니다. 여기서 말하는 화학반응이란 화학적 변화로 반응물들끼리 원자를 주고받는 원자들의 재배치를 말합니다. 이런 과정에서 양성자 및 중성자 그리고 이 이하의 단위에 있는 것들은 볼 수가 없습니다. 이러한 이유로 물질의 최소 단위를 '원자'라고 말하는 것입니다. 이것들을 정리하면 아래와 같습니다.
| 원자는 물질을 이루는 가장 작은 입자이다. 원자는 핵과 전자로 이루어져 있다. 모든 원자는 전기적으로 중성이다. 즉, 양성자와 중성자의 갯수가 같다. |
① 원자는 원소(Elements)를 구성하고 있는 화학적 성질을 유지하는 최소입자라고도 합니다.
② 어떤 물질도 원자라는 가장 작은 입자로 이루어져 있습니다.
- 물질을 구성하는 기본 입자를 말합니다.
③ 원자는 물질을 구성하는 기본 입자로 원자는 화학적으로 더 이상 쪼갤 수 없습니다.
- 하나의 원자핵(중성자, 양성자)과 그 주변의 전자로 구성되어 있습니다.
④ 또한 화학 변화에 따라 다른 원자로 바뀌는 일은 없으며, 그 원자가 없어지는 일도 없습니다.
⑤ 원자의 종류에 따라 크기와 질량이 정해져 있습니다.
- 종류보다는 개수로 나타냅니다.
3) 분자(Molecule)
$H_2O$는 $H$원소와 $O$원소의 화합물로서 새로운 물질인 물분자가 되었습니다. 즉, "2개 이상의 원자로 이루어진 물질"을 분자라고 합니다. 이 말을 좀 더 길게 풀어보면 "2개 이상의 원자들이 화학 결합하여 생성된 물질"을 분자라고하며, 원자는 종류가 같든 다르든 상관하지 않고 무조건 2개 이상만 만족시키면 '분자'가 됩니다.
예) $O_2, O_3, N_2, H_2O, NH_3$
비활성기체족은 원자 그 자체로 안정되어 있기 때문에 자연계에서 원자상태로 존재할 수 있습니다. 또 비활성기체족은 원자이지만 고유한 성질을 가지고 있기 때문에 분자에 포함되며, '단원자분자'라고 부릅니다. 비활성기체족을 제외한 모든 원자는 불안정하기 때문에 자연계에서 원자상태로 존재하지 않고 대부분 '분자 상태로 존재'합니다.
① 분자의 종류
㉠ 단원자 분자
하나의 원자이자 분자, 분자식에서 원소 오른쪽하단의 숫자가 1인 것입니다.
예) 불활성 기체인 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등
㉡ 이원자 분자
동종 혹은 이종 원자 등이 2 개의 원자로 구성된 분자입니다.
예) $H_2$, $N_2$, $O_2$, $NaCl$, $HCl$, $HF$ 기타 할로겐(불소, 염소, 브롬, 요오드 등)
㉢ 다원자 분자
동종 혹은 이종 원자 등이 3 개 이상의 원자로 구성된 분자를 말합니다.
예) $O_3$, $H_2O$, $CO_2$, $HCN$ 등
② 원자끼리의 결합을 통해 하나의 독립적인 물질을 이룬 것을 분자라고 합니다.
③ 물질의 특성을 유지하는 최소한의 단위, 더 작게 쪼개면 물질의 특성이 다른 분자 여러 개로 변하게 됩니다.
- 얼음은 쪼개어도 물이라는 것이 변함없지만, 물 분자를 H와 OH로 쪼개면 더 이상 물이 아니게 됩니다.
④ 분자 하나하나를 구별할 수 있어야 합니다.
㉠ 소금($NaCl$)의 경우 실제로는 양이온과 음이온이 반복하여 연결되어 있습니다. ...-Na-Cl-Na-Cl-Na-Cl-Na-Cl-... 이렇게 단위가 구별되지 않고 독립적이지 않으므로 분자라고 하지 않는 것입니다.
㉡ 마찬가지로 철의 경우 ...-Fe-Fe-Fe-Fe-... 이렇게 분자로 구별되지 않으므로 분자라고 하지 않습니다. 만약에 Fe와 Fe가 모두 떨어져 있다면 분자라고 할 수 있습니다.
㉢ 다이아몬드는 탄소(C) 원자로만 이루어져 있는데 이것도 따로 떨어진 분자로 구별되지 않아 분자라고 할 수 없습니다.
㉣ 물($H_2O$)은 $O$와 $H$로 이루어져 있는데 $H_2O$라는 기본단위로 구별되므로 분자라고 할 수 있습니다.
⑤ 대다수가 공유결합으로 이루어져 있습니다.
4) 정리
- 단독으로 존재하는 원소는 분자라고 할 수 있습니다. 그러나 단독으로 존재하지 않는 원소는 오직 원소에만 속합니다.
① 상온 상압의 조건에서 $He$(헬륨), $O_2$(산소 분자), $N_2$(질소 분자) 등은 각각의 원소가 따로 떨어져 존재하기 때문에 분자라고 부를 수 있습니다.
② 철$Fe$(철)과 같은 금속, 다이아몬드 또는 흑연($C$)과 같은 물질은 원소가 하나하나 따로 떨어져 존재하지 않습니다. 이런 물질들은 분자라고 부를 수 없습니다. 오직 원소라고만 부릅니다. 즉, 결정 상태로 존재하는 물질(대부분 고체 상태)은 분자라고 부를 수 없습니다.
③ $NaCl$, $Cu_2O$와 같은 이온결합 화합물도 분자라 부르지 못합니다. 오직 '화합물'로 통합니다.
- 이들이 화합 물로만 속하는 것은 포도당처럼 1개의 독립된 분자 형태로 존재하지 않기 때문입니다.
④ 이온결합($NaCl, Al_2O_3$ 등) 또는 금속결합($Fe, Cu$ 등)에 해당하면 분자가 아닙니다.
㉠ 이온결합 = 화합물
㉡ 금속결합 = 원소
★참고 _ 분자량과 화학식량
- 요즘 교육 현장에서는 화학식량을 '몰질량'이란 용어를 많이 사용하고 있습니다.
| 구분 | 화학식량(분자량) | 몰질량 |
| 포도당($C_6H_1$$_2$$O_6$) | 180 g | 180 g/mol |
| 소금($NaCl$) | 58.44 g | 58.44 g/mol |
① 포도당($C_6H_1$$_2$$O_6$)과 같은 분자성 또는 공유결합성 화합물의 질량은 화학식량 또는 분자량이라고 부를 수 있습니다.
② 소금($NaCl$)처럼 이온결합성인 화합물에는 질량을 말할 때 '화학식량'이라고 부릅니다. 그러므로 소금의 분자량이라는 말은 틀린 말이 되는 것입니다. 즉, 이온결합성 화합물은 분자식으로 나타낼 수 없기 때문에 '분자량'이라고 할 수 없는 것입니다.
★참고 _ 이온결합 화합물 화학(실험식) 규칙
3. 아세틸렌($3C_2H_2$)에서 원소, 원자, 분자를 설명하시오
4. 화학식
화학식에서 문자는 각 원자의 원자 기호를 나타내며, 아래 첨자는 각 원자의 수를 나타내고, 위첨자는 주어진 원자의 전하를 나타냅니다.
① 화학식은 3차원 분자의 간단한 표기법이며, 물질을 구성하는 정확한 원자까지 물질을 나타냅니다.
② 화학식의 대표적인 유형은 실험식(조성식) , 분자식 및 구조식(시성식) 등 3종류가 있습니다.
1) 분자식
① 분자식은 화합물, 각 분자 내에서의 실제 원자 수를 보여줍니다. 즉, 물($H_2O$)라면 1개의 물 분자에 수소원자 2개와 산소원자 1개가 있음을 의미합니다. 이것은 또한 1 몰(mole)의 물에 2 몰(mole)의 수소와 1 몰(mole)의 산소가 있음을 의미합니다.
② 분자식은 단체 또는 화합물을 구성하는 분자의 구성을 나타내는 식으로 분자를 설명하는데 종종 사용됩니다.
③ 이는 단순하고 편리하지만 실제 화학구조를 명확하게 제공하지 못하기 때문에 다소 혼란스럽습니다.
예) $H_2O$, $CO_2$, $O_2$, $C_6H_1$$_2$$O_6$
2) 구조식(시성식)
① 분자를 구성하는 원자의 모습을 평면으로 표기한 화학식으로 화합물의 구조를 나타낸 것입니다.
② 주어진 분자에 어떤 원자가 있는지 여부와 함께 원자들이 서로 연결되는 방식에 대한 정보도 제공합니다.
③ 구조식을 나타내는 여러 가지 방법이 있으며 각 표현은 원자의 연결성 또는 분자 모양과 같은 화합물에 대한 특정 정보를 제공합니다.
④ 시성식은 구조식의 일종으로 히드록시기(-OH), 알데히드기(-COH), 카르복실기(-COOH) 등 주요 관능기를 표기하여 분자의 성질을 알 수 있습니다.
- 예) 에탄올의 분자식은 각 원자의 개수를 표기하여 $C_2H_6O$이지만, 시성식에서는 $C_2H_5OH$로 히드록시기(-OH)라는 작용기를 알 수 있습니다.
3) 실험식(조성식)
① 실험식은 화합물에서 각 원소의 상대적인 원자 수를 나타내며, 분자 내 각 원자의 무게에 의해 결정됩니다.
② 물과 같은 일부 화합물은 크기가 작고 분자의 원자 비율과 분자의 원자 수가 동일하기 때문에 실험식 및 분자식이 동일합니다. 예) 물의 분자식ㆍ실험식 = $H_2O$
③ 실험식은 화합물에서 원자의 가장 간단한 정수 비로 나타낸 것입니다.
④ 모든 분자식은 화합물에 대한 실험식의 정수배입니다.
- 분자식인 이소부탄($C_8H_1$$_8$)을 실험식으로 나타내면 $C_4H_9$ 입니다.
⑤ 과산화수소의 분자식은 $H_2O_2$입니다만, 실험식으로 나타내면 $HO:$ 입니다. 실제로는 2개의 $HO:$ 분자가 함께 모여 과산화수소 분자를 형성합니다만, 실험식은 분자의 기본 기초만을 보여줍니다.
'위험물 기능장 > 일반화학' 카테고리의 다른 글
| 화학식(분자식) 연습문제 (0) | 2023.12.02 |
|---|---|
| 화학식(분자식, 실험식, 시성식, 구조식, 이온식), 화학식과 분자식의 차이점 (0) | 2023.12.02 |
| 산화수를 구하는 규칙과 산화수 계산 방법 (0) | 2023.11.30 |
| 산화-환원(redox, 酸化還元), 전자의 이동, 산화수와 산화상태 (0) | 2023.11.29 |
| 전기음성도(전기력), 금속의 이온화 경향, 금속과 비금속의 양쪽성 원소, 암기법 (1) | 2023.11.28 |
댓글