물질의 표현 - 화학식

안녕하세요. 달빛과학 입니다.

시원해 보이는 사진입니다. 누군가가 손가락으로 글씨를 적어놓았네요. 알파벳과 숫자를 이용해서 'H2O'라고 썼습니다. TV나 잡지 광고에서도 많이 보았던 글씨죠 ^^ 무엇을 표시한 것인지 아시겠나요? 네, 바로 '물'을 원소 기호와 숫자를 이용해서 간단하게 나타낸 것입니다. 이런 표현방식을 바로 '화학식'이라고 한답니다.

이렇게 과학에서는 여러가지 물질을 '화학식'으로 나타냅니다. 이번 시간에는 화학식을 읽고 쓰는 방법에 대해서 알아보겠습니다. 아직 원소 기호와 이온식에 대해서 공부가 되어있지 않다면 아래 목록들을 차례대로 복습한 뒤에 이 자료를 공부하세요. ^^

● 원소와 원자

● 원소, 원소기호

● 원자와 이온

● 여러가지 이온, 이온식

*** 화학식

■ 화학식

화학식은 물질을 구성하는 원자의 종류와 수, 구성 방식을 나타내는 방법입니다. 이때 물질를 이루는 원자, 분자, 이온 등을 원소 기호와 숫자를 이용해서 나타내는 것이죠.

■ 화학식의 종류

화학식은 표현 방법에 따라 분자식 / 실험식 / 시성식 / 구조식 등이 있습니다. 

중학교 과정에서는 이 중에서 분자와 분자식에 대해서 더욱 자세하게 배웁니다.

공부를 하다보면 화학식과 분자식을 구분하지 않고 사용하게 되는데요, 분자식은 화학식의 한 종류입니다.

■ 물질의 표현

이제 우리는 여러가지 물질을 화학식으로 표현하는 방법을 공부하게 될겁니다.

중학교 과정에서는 크게 '분자로 이루어진 물질'과 '이온으로 이루어진 물질'의 표현 방법을 배웁니다.

▶ 분자로 이루어진 물질의 표현

분자는 원자들끼리 결합해서 새로운 성질을 띠게 되는 입자입니다. 그렇기 때문에 분자를 구성하는 원자의 종류와 수를 원소 기호와 숫자를 이용해서 나타내게 되는데요, 이 식이 바로 '분자식'입니다. 간단하게 말해서 '분자식'이란 '분자를 표현하는 화학식'입니다.

▶ 이온으로 이루어진 물질의 표현

물질 중에서는 수많은 양이온과 음이온들이 규칙적으로 만나서 결정을 이룬 것들도 있습니다. 이렇게 양이온과 음이온이 만난 입자들은 독립적인 성질을 가진 분자로 존재하지 않습니다. 그렇기때문에 이온의 종류와 수를 원소 기호와 숫자를 이용해서 나타내는 '화학식'을 씁니다.

*** 분자와 분자식

■ 분자 [molecule, 分子]

- 원자끼리 화학적으로 결합하여 만들어진 입자

- 자연 상태로 존재할 수 있는 순수한 물질의 최소 단위

- 물질의 성질을 가지는 가장 작은 입자 (그래서 분자가 깨지면 성질이 변해요!)

- 분자는 온도와 압력에 따라 고체, 액체, 기체로 상태변화를 합니다.

■ 분자 개념 이해하기

우리가 마시는 물은 수많은 물 분자로 이루어져 있습니다. 그림처럼 물 분자 하나는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개가 만나서 만들어집니다. 산소 원자와 수소 원자는 물이 가지고 있는 성질(색깔이 없고, 흐르고, 맛이 없고, 마실 수 있는.. 등등)이 전혀 없습니다. 하지만 산소 원자와 수소 원자가 만나서 물 분자가 되면 '물의 성질'을 최초로 가진 새로운 물질이 탄생하죠. 

산소 원자 1개는 우리가 알고 있는 '산소 기체'의 성질을 가지고 있지 않습니다. 산소 원자 2개가 모여 '산소 기체 분자'가 되어야 생명체가 호흡을 할 수 있는 성질을 띄는 '산소'가 되는 것입니다.

이것이 바로 분자의 개념입니다. 그렇기 때문에 원자의 배열이 변하면(분자가 깨지면) 물질의 성질도 변하게 되는 것입니다. (3학년 1학기 과정인 [물리변화와 화학변화]에서 더욱 자세하게 배웁니다.)

■ 분자식

- 분자를 이루는 원자의 종류와 개수를 원소 기호와 숫자로 나타낸 식

▶ 분자식을 쓰는 방법

- 분자를 구성하는 원자의 종류를 원소 기호로 씁니다.

- 각각 원자의 개수를 원소 기호 오른쪽 아래에 작은 숫자로 씁니다. 이때 1은 생략합니다.

- 분자 개수는 분자식 앞에 큰 숫자로 씁니다. 이때에도 1은 생략합니다.

- 예를 들어 볼까요?

- 물 분자를 이루는 원자의 종류는 2가지 입니다 (수소, 산소)

- 물 분자 1개를 이루는 수소 원자는 2개, 산소 원자는 1개 입니다.

- 물 분자의 개수는 4개 입니다.

- 그렇다면 전체 수소 원자는 8개(2개 × 4), 산소 원자는 4개(1개 × 4) 입니다.

▶ 분자 모형

- 분자를 구성하는 원자의 종류, 개수, 구조를 나타낸 모형

- 여러가지 분자 모형을 보고 구조를 파악해보세요.

*** 이온으로 이루어진 물질의 표현

이온으로 이루어진 물질은 수많은 양이온과 음이온이 규칙적으로 결합되어 결정을 이루기 때문에 독립적인 성질을 가진 분자로 만들어지지 않습니다. 그래서 물질을 구성하는 이온의 종류와 개수를 간단하게 표현한 화학식으로 나타냅니다.

▶ 염화나트륨의 결정 모형(Crystal structure)

그림에서 보는 것과 같이 결정(crystal)은 입자들이 규칙적으로 배열되어 만들어진 고체를 말합니다. 염화나트륨은 염화 이온(Chloride ion)과 나트륨 이온(Sodium ion)이 1:1의 비율로 교대로 배열되어 만들어집니다. 수많은 이온으로 만들어진 이 결정을 분자식으로 표시하려면 원소 기호 오른쪽 아래에 숫자를 얼마나 써줘야 할까요? 엄청 많이 써줘야 하겠지요? ^^;; 그런 번거로움을 피하기 위해서 이온으로 이루어진 물질은 간단히 이온의 구성 비율만 표시하여 화학식으로 나타냅니다.

마찬가지로 철, 구리, 마그네슘과 같은 금속들은 하나의 원자들이 결정을 이루기 때문에 화학식을 쓸 때 그냥 원소기호를 써주면 됩니다.

(ex. 화학식: 철 - Fe, 구리 - Cu, 마그네슘 - Mg)

■ 화학식을 쓰고 읽는 방법

- 구성하는 이온의 개수비를 구합니다.

- 개수비를 구하는 방법은 양이온과 음이온의 최소공배수를 구해서 전하량을 0으로 맞춰주면 됩니다. 왜냐하면 물질은 전기적으로 '중성'이기 때문이지요.

(1+ 양이온)과 (2- 음이온)이 있다면 어떻게 개수를 맞춰줄까요?

전하량을 0으로 맞춰주려면 (+1)은 2개, (-2)는 1개가 필요하겠죠.

그래서 양이온은 2개, 음이온은 1개로 개수를 맞춰줍니다.

양이온 : 음이온 = 2 : 1

- 쓸 때는 양이온의 원소 기호를 써준 뒤에 음이온의 원소 기호를 씁니다.

- 분자식과 마찬가지로 원소 기호 오른쪽 아래에 작은 숫자로 개수를 써줍니다. 이때 1은 생략!

- 읽을 때는 음이온을 먼저 읽고, 양이온을 나중에 읽습니다.

- 다원자이온이 여러 개일 경우 꼭 괄호로 묶어서 써줍니다.

■ 여러 가지 물질의 화학식 써보기

- 열심히 외운 이온식을 사용하여 여러가지 물질의 화학식을 만들어볼까요? ^^

★ 이온식을 모두 외우고 오셔야 다음 화학식들이 이해가 됩니다! 꼭 외우고 오세용!

★ 쓸 때는 양이온 부터! 읽을 때는 음이온 부터!

*** 중학교 화학 기초 완성

여기까지 따라오시느라 수고 많으셨습니다. 이것으로 중학교 화학 과정의 기초가 완성되었네요.

지금 보시는 이 자료와 아래의 자료를 함께 공부하시면 중등 과학에서 나오는 화학 분야를 더욱 쉽고 재미있게 공부하실 수 있습니다.

● 원소와 원자

● 원소, 원소기호

● 원자와 이온

● 여러가지 이온, 이온식

2학기 시작 전이라 무작정 1, 2, 3학년 2학기 과정부터 학습 자료를 올리려고 했습니다. 하지만 기초부터 차근차근 가르쳐드리는 것이 맞다고 생각되어서 많은 시간을 투자해서 만들게되었네요. 달빛과학의 자료가 여러 학생분들에게 도움이 될 것을 생각하니 굉장히 뿌듯하고 기분이 좋습니다.

달빛과학은 여러분의 관심과 응원으로 성장합니다. 궁금하신 점이나 하고싶은 말씀이 있으시면 댓글과 방명록, 이메일(dalvitjeju@naver.com)로 보내주세요.

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