원자 구조
원자핵은 원자의 중심에 위치하며, 양성자와 중성자로 구성되어 있습니다. 양성자는 양전하를 띠고 있으며, 중성자는 전하가 없습니다. 원자핵은 원자의 질량 대부분을 차지하며, 전자에 비해 크기는 매우 작지만 밀도는 매우 큽니다. 원자 번호는 양성자의 수로 결정되며, 이는 원소의 고유한 특성을 나타냅니다.
화학 결합
이온 결합은 금속과 비금속 원자 사이에서 전자가 완전히 이동하면서 형성되는 결합입니다. 금속 원자는 전자를 잃어 양이온이 되고, 비금속 원자는 전자를 얻어 음이온이 됩니다. 서로 반대 전하를 가진 이온들은 정전기적 인력으로 강하게 끌어당겨 결합을 형성합니다. 대표적인 예로는 염화나트륨(NaCl)이 있으며, 이는 나트륨(Na)이 전자를 하나 잃고, 염소(Cl)가 전자를 받아 결합하는 구조입니다.
주기율표
주기율표는 원소를 원자번호(양성자의 수)에 따라 정렬한 표입니다. 원자번호가 증가함에 따라 원소의 화학적 성질이 주기적으로 반복되며, 이로 인해 같은 족(세로열)의 원소들은 비슷한 성질을 가지게 됩니다. 주기율표는 총 18족, 7주기로 구성되어 있으며, 금속, 비금속, 준금속이 특정 위치에 몰려 있습니다.
산과 염기
산은 수용액에서 수소 이온(H⁺)을 내놓을 수 있는 물질로 정의됩니다. 브뢴스테드-로우리 정의에 따르면, 산은 수소 이온을 주는 물질이며, 루이스 정의에 따르면 전자쌍을 받는 물질입니다. 대표적인 산으로는 염산(HCl), 황산(H₂SO₄), 아세트산(CH₃COOH) 등이 있으며, 신맛이 나고 금속과 반응하면 수소 기체를 방출하는 특징이 있습니다.
화학 반응식
화학 반응식을 이해하려면 먼저 원소 기호와 분자식에 대한 개념이 필요합니다. 원소는 고유한 기호로 표기되며, 물질의 분자식은 해당 원소의 종류와 개수를 조합해 나타냅니다. 예를 들어 물은 H₂O로, 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 구성되어 있다는 것을 의미합니다. 이 기초적인 화학식 구성이 반응식 이해의 바탕이 됩니다.
몰 개념
몰(Mole)은 물질의 양을 나타내는 기본 단위로, 아보가드로 수(6.022 × 10²³)개의 입자를 포함하는 양을 1몰이라고 정의합니다. 즉, 원자, 분자, 이온, 전자 등 어떤 입자이든 6.022×10²³개가 모이면 1몰입니다. 이는 마치 1다스가 12개를 의미하는 것과 같은 개념으로, 아주 작은 입자를 대량으로 다루기 위해 만든 단위입니다.
용액과 농도
용액이란 두 가지 이상의 물질이 균일하게 섞인 혼합물로, 보통 용매와 용질로 구성됩니다. 일반적으로 물이 가장 많이 사용되는 용매이며, 용질은 물에 녹는 물질을 의미합니다. 예를 들어 소금물은 물이 용매이고 소금이 용질입니다. 용액은 외관상 한 가지 물질처럼 보이며, 물리적으로 혼합되어 있지만 화학적으로는 결합하지 않은 상태입니다.
산화환원 반응
산화환원 반응은 전자의 이동을 수반하는 화학 반응으로, 물질이 전자를 잃거나 얻는 과정입니다. 전자를 잃는 반응을 산화, 전자를 얻는 반응을 환원이라고 합니다. 이 두 과정은 항상 쌍으로 일어나기 때문에 ‘산화-환원 반응’이라고 부릅니다.
화학 에너지
화학 에너지는 물질 내부의 화학 결합 속에 저장된 에너지로, 화학 반응을 통해 다른 형태의 에너지로 전환될 수 있습니다. 대표적으로 연료가 연소할 때 열과 빛을 방출하는 현상은 화학 에너지가 방출되는 과정입니다. 생물의 대사 과정에서도 영양소 속의 화학 에너지가 ATP로 전환되어 생명활동에 사용됩니다.
촉매의 역할
촉매는 화학 반응의 속도를 크게 증가시킵니다. 이는 반응물의 활성화 에너지를 낮춰주는 방식으로 이루어지며, 반응물이 보다 쉽게 생성물로 전환될 수 있도록 돕습니다. 특히 산업 공정에서는 촉매가 없다면 반응이 지나치게 느려 경제성이 떨어지므로, 효율적인 생산을 위해 꼭 필요합니다.
유기화학 기초
탄소(C)는 유기화합물의 중심 원소로, 네 개의 공유 결합을 형성할 수 있는 특이한 특성을 지니고 있습니다. 이로 인해 다양한 구조(직선형, 가지형, 고리형)를 가질 수 있으며, 다른 원소들과의 결합을 통해 수천만 가지의 유기물 합성이 가능합니다. 탄소는 동위원소도 존재하며, 이들은 유기반응 추적 및 동역학 연구에 활용됩니다.
중합과 고분자
중합반응은 작은 분자 단위인 단량체(monomer)들이 화학 결합을 통해 반복되는 사슬 형태의 고분자(polymer)를 형성하는 화학 반응입니다. 크게 **첨가중합(라디칼 중합, 음이온·양이온 중합 포함)**과 **축합중합(축합반응을 통해 부산물 생성)**으로 나뉘며, 고분자의 성질과 구조를 결정하는 핵심 과정입니다
생활 속 화학물질
세탁세제, 주방세제, 다목적세정제에는 계면활성제, 인산염, 표백제 등이 포함되어 있습니다. 계면활성제는 기름기를 제거하고 거품을 내는 역할을 하지만, 피부에 자극을 줄 수 있고 수질 오염의 원인이 되기도 합니다. 인산염은 물속에서 조류 번식을 촉진시켜 부영양화를 유발할 수 있습니다. 환경과 건강을 생각한다면 ‘무인산염’, ‘자연분해성’ 표시가 있는 제품을 선택하는 것이 좋습니다.
환경과 화학
대기오염은 화석연료의 연소나 산업 활동에서 발생하는 유해 물질이 공기 중에 배출되면서 환경과 건강에 해를 끼치는 현상입니다. 주요 오염물질로는 이산화황(SO₂), 질소산화물(NOₓ), 미세먼지(PM10 및 PM2.5), 일산화탄소(CO), 오존(O₃) 등이 있습니다. 이들 물질은 호흡기 질환, 심혈관계 질환의 원인이 되며, 지구온난화와 산성비의 원인으로 작용하기도 합니다. 화학적으로는 이 물질들이 대기 중에서 다른 물질과 반응하여 2차 오염물질을 만들어내는 과정도 포함됩니다.
화학 실험 안전수칙
화학 실험을 수행할 때는 항상 개인 보호장비(PPE)를 착용해야 합니다. 실험복, 장갑, 고글, 마스크 등은 화학물질로부터 신체를 보호해주는 필수 장비입니다. 특히 눈과 피부에 위험한 화학물질을 다룰 경우에는 방진 마스크나 페이스쉴드까지 착용이 권장됩니다. 실험 전 장비에 이상이 없는지도 확인해야 합니다.