화학은 물질에 대해 연구한다. 물질의 조성, 성질, 반응을 포함한다.
간단하게 말하자면, 물질의 조성은 원자로 이루어져 있고, 원자와 원자가 만나고 헤어짐에서 물질의 성질이 나오고,
이의 반응을 연구하는 것이 화학이다.
화학에서 가장 작은(기본) 알갱이는 원자이다.
원자를 더 작게 쪼개면 화학에서 물리로 넘어가게 된다.
(사람이 만나고 헤어짐을 연구하는 학문이 사회학이라고 한다면, 가장 기본은 개인이고
개인이 쪼개지면 의학으로 넘어가게 된다.)
따라서 화학에서는 원자가 기본이 되면서 원자의 만남이 대상이 된다.
쉽게 말하면 원자 만남이 화학이라 한다면, 너무 단순한 학문이라 생각할 수도 있는데 그렇지는 않다.
생물에서 DNA에 정보 저장할 때 염기에서 4가지 기호 A(아데닌), T(티민), C(사이토신), G(구아닌)로
많은 정보를 저장할 수 있다.
화학에서는 원자가 100여 가지가 있다. 생물에서 4가지 염기 배열로 어마어마한 정보가 처리된다면,
100여 가지 원자의 배합은 더욱 많을 것이다.
화학1에서는 원자번호 20번까지가 중요한 원자들이 모아져 있다. 따라서 원자번호 20번까지는 잘 알고 있어야한다.
화학에서 기호로 표시한 것을 화학식이라 한다. 화학식에서 원자 기호는 원자식, 분자 기호는 분자식이라 한다.
식은 간단한 기호로 표시한 것을 말한다.
가장 간단한 원자를 사람으로 비유하기로 하자.
사람에서 제일 중요한 것은(다른 것도 중요하지만) 뇌와 심장일 것이다.
원자에서도 중요한 것이 있다.
원자는 핵(양성자, 중성자)과 전자로 되어있는데, 제일 중요한 사람의 뇌(뇌세포)에 해당하는 것은 양성자(+)이고
심장(마음)에 해당하는 것은 전자(-)이다.
일반적으로 원자는 중성이므로 양성자(+) 개수와 전자(-) 개수는 같다.
원자에서 원자(사람)를 규정하는 것은 양성자(뇌세포)이고, 원자 만나고 헤어짐인 화학에서 중요한 것은
원자(사람)를 이끌어 만나게 하는 전자(심장, 마음)이다.
따라서 굳이 나누자면, 화학에서 제일 중요한 것은 전자의 개수가 되겠다.
원자를 쉽게 구분하기 위해 양성자 개수를 원자번호라고 정했다.
원자번호 8(산소)이면 양성자가 8개이고 전자개수도 8개이다.
원자번호를 알면 양성자 개수와 전자 개수를 알 수 있다.
전자 개수를 알면 원자를 이끄는 마음, 심장을 알 수 있다. 전자의 개수를 알면 원자의 만남=화학을 알 수 있다.
따라서 우리가 화학에서 원자번호를 20번까지 암기하는 이유는 원자번호 = 전자개수를 알기 위해서이다.
원자번호 1(수소 H), 2(헬륨 He), 3(리튬 Li), 4(베릴륨 Be), 5(붕소 B), 6(탄소 C), 7(질소 N), 8(산소 O),
9(플로린F), 10(네온 Ne), 11(나트륨 Na), 12(마그네슘 Mg), 13(알루미늄 Al), 14(규소 Si), 15(인 P),
16(황 S), 17(염소 Cl), 18(아르곤 Ar), 19(칼륨 K), 20(칼슘 Ca)
원자를 사람으로 비유했다면, 사람이 만나서 결혼하여 가정을 만드는데 이 가정을 분자로 비유할 수 있다.
사회에서 개인도 중요하지만 사회의 성질을 유지하려면 가정이 꼭 있어야한다.
마찬가지로 화학에서 물질의 성질을 띠면서 가장 작은 알갱이 분자는 중요하다.
분자(가정)는 원자(개인)가 만나서 이루어졌고, 다른 분자(가정)와 독립적이고,
따로 떨어져있고(일반적으로 상온에서 기체이고), 원자(개인)에 비해 안정적이다.
여기서 안정적이라는 것은 에너지가 낮다는 것이다. (에너지가 높으면 불안정하고, 에너지가 낮으면 안정적이다.
물은 높은 곳, 퍼텐셜 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러간다.)
기본적인 분자들은 알아야 한다.
분자에서 원자 개수는 원자 오른쪽 아래에 작은 숫자로 표시하고, 읽을 때는 영어로 읽는다. 원자 개수 1은 생략한다.
수소분자(H2), 산소(O2), 염소(Cl2), 물(H2O), 이산화탄소(CO2), 암모니아(NH3), 메테인(CH4)..
물분자 2개(H2O, H2O)는 2H2O로 표시한다. 2H2O에는 H원자 4개, O원자 2개가 있다.
CO2가 m개 있을 때는 mCO2라 표시하고 C원자 m개, O원자 2m개가 있다.
사회에는 결혼해서 가정(분자)을 이루는 경우도 있지만 독신으로 혼자 사는 경우도 있는데, 그 경우는 원자로 표시한다.
대게 고체나 금속들이다. 구리(금속, 고체)는 Cu이고 Cu가 2개일 때는 Cu2가 아니라 2Cu라고 표시한다.
H2는 분자(가정)를, 2H는 원자 2개(친구 2명)이다.
원자는 가장 작은 알갱이고, 분자는 성질 띤 가장 작은 알갱이다. 화학이 원자 만나고(분자) 헤어짐(원자)이라면,
화학은 알갱이가 만나고 헤어짐을 연구하는 것이라 할 수 있겠다.
원자 만나고 헤어짐을 화학식(기호)으로 과정을 표시한 것을 화학반응식이라 한다.
화학반응식은 결혼식으로 비유하기도 한다.
결혼은 한 사람이 부모 가정(분자)에 결합되어 있다가 새로운 가정(분자)을 만든다.
이때 결혼 전후에 변하는게 있는데, 사람(원자)의 배열이 바뀌고(부모 가정에서 신혼 가정으로),
배열이 바뀌니 가정(분자)이 바뀌고, 가정이 바뀌니 성질이 바뀐다(처녀, 총각에서 아줌마, 아저씨로).
다시말해 반응 전후에 변하는 것은 원자 배열이, 분자가, 성질이 바뀐다.
그리고 결혼 전후에 변하지 않는 것은 사람 종류(신랑, 신부)와 사람 수(신랑 수, 신부 수)는 변하지 않는다.
반응 전후 변하지 않는 것은 원자 종류, 원자 개수이다.
화학반응식 꾸미는 방법은
① 반응하는 물질은 왼쪽에, 생성되는 물질은 오른쪽에 배치하고 화살표로 구분한다.
② 반응물, 생성물들은 화학식(원자식, 분자식)으로 표시한다.
③ 반응전후(화살표 전후) 원자의 종류가 같아야하고, 각 원자의 개수가 같게 하기 위해서 화학식 앞의 개수(계수)를 맞춘다.
예를 들어보자. 수소와 산소 만나면 물이 생성된다.
① 수소 + 산소 → 물
② H2 + O2 → H2O
③ 계수로 원자 개수 맞추기 : 2H2 + O2 → 2H2O
메테인(CH4)을 완전 연소(산소와 반응)시켰을 때 화학반응식으로 꾸미면,
반응물은 메테인과 산소가 되고 생성물질은 원소 배열이 바뀌어서 탄소와 산소 만나서 이산화탄소,
수소와 산소 만나서 물이 생성된다.
① 메테인 + 산소 → 이산화탄소 + 물
② CH4 + O2 → CO2 + H2O
③ 계수로 원자 개수 맞추기 : CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
--------------------------------- 박현승