일반화학의 정의(2)

 이전 글에서 말한 바와 같이 법칙은 많은 양의 자료를 서로 연관시켜 흔히 수식 형태로 표현 됩니다. 그리고 법칙만으로는 자연의 있는 그대로의 성질을 설명할 수 없기 때문에, 과학자들은 사실의 단순한 진술에 만족하지 않고 관찰 결과를 설명하고 싶어 합니다. 

이리하여 과학적 방법의 둘째 단계로서는 실험에 의하여 검증될 시험적 설명, 즉 가설(Hypothesis)을 제기합니다. 가설이 보다 많은 실험에 의해서 증명되어 믿을만한 결과가 유도되면 이것은 이론(Theory)으로 발전합니다. 이론은 늘 새로운 실험에 대한 길잡이 역할을 합니다. 실험에 의하여 어떤 이론이 옳지 않다는 것이 밝혀지면 이 이론은 새로운 이론에 자리를 양보하거나 또는 실험 결과가 설명될 수 있도록 수정됩니다. 이리하여 과학은 이론과 실험 사이의 끊임없는 상호 보완에 의하여 발전합니다.

 

화학분야

 

 자연과학은 크게 물리적인 과학(Physical science)과 생물학적 과학(Biological science)으로 크게 나누며, 그 중에서 화학은 물질 과학으로서 어떤 재료를 취급하거나 연구할 때에 필요하며, 오늘날 우리는 화학에 의해 연구되고 개발된 재료들로 둘러싸여 있습니다. 자동차는 금속, 섬유, 플라스틱 등으로 만들어지며, 아주 소수의 물질 만이 자연에서 얻어진 그대로 사용됩니다. 금속은 광석에서 얻어지며 섬유는 식물, 동물에서 얻거나 혹은 합성 섬유로 제조되고 플라스틱은 간단한 물질의 결합으로 만들어 집니다.

우리는 아스팔트와 콘크리트로 포장된 고속도로를 달리며, 염소로 정제된 물을 마시고, 셀룰로오스에서 만들어지 종이 위에 색잉크로 인쇄된 신문을 읽고, 에너지를 받으면 색깔을 띠는 아주 작은 점으로 입혀져 있는 텔레비전 스크린을 보며 살아가고 있습니다.

 물론 화학적 방법으로 모든 생성물을 얻을 수는 없습니다. 화학자는 이미 알고 있는 사실을 이용해, 어떤 변화가 일어날 때 어떻게 되는가를 예측할 수 있는 능력과 그에 대한 이해를 추구합니다. 또 다른 분야의 새로운 정보를 받아 들이고 새로운 문제와 씨름하며, 새로운 방법으로 낡은 방법을 재검토 함으로써 화학의 기존 이론을 변화시킵니다. 화학자들은 새로운 물질을 합성하거나 과거의 합성 방법을 개선하여 인간 생활에 많은 영향은 끼칠 것 입니다. 이런 사실을 염두에 두고 화학에 대한 보다 이론적인 정의를 생각할 수 있습니다. 즉 화학(chemistry)이란 물질 자체의 대한 연구와 그 물질에서 일어날 수 있는 변화를 나타내는 법칙 등을 다루른 과학의 한 분야입니다. 이 정의가 암시하듯 이 화학은 이론과학이며 응용과학 입니다. 유기화학(Organic chemistry)은 생명체에서 얻을 수 있는 물질만을 취급해 왔으나, 현재에는 이러한 구분은 사라지고 탄소화합물과 그 유도체를 취급하는 화학을 의미합니다. 탄소과 수소의 두 가지 원소로만 되어 있는 유기화합물을 탄화수소(Hydro carbon)라고 하며 거의 모든 유기화합물은 탄화수소 유도체 입니다. 무기화학(Inorganic chemistry)은 탄화수소와 그 유도체를 제외하고 탄소를 포함한 모든 원소의 화합물을 다루는 화학이며, 그 외의 분석화학, 물리화학, 생화학 등이 있습니다.

유기화학과 무기화학의 경계도 다른 과학이나 화학의 모든 영역에서의 경계처럼 점차 사라져가고 있습니다. 유기금속화합물처럼 유기물질과 금속물질의 중간에 해당하는 화합물이 현재 많이 알려져 있으며, 또 전통적으로 무기화합물만이 가지고 있는 거동을 하는 유기화합물도 만들어졌습니다. 다른 분야의 학문 및 연구와 교량역할을 하는 특수한 분야의 화학으로는 지구화학, 미생물 및 의약화학, 농업, 비료, 토양 및 식품화학, 고분자화학, 셀룰로오스 제지 및 섬유화학 그리고 공업화학 및 환경화학 등이 있습니다.

지적한 바와 같이 재료를 탐구하는 사람은 결과적으로 화학에 관여하지 않으면 않되게 되었습니다.

 

물질의 상태와 성질

 

 화학의 거의 모든 정의에서는 '물질(Matter)'이나 '재료(Material)'와 같은 말을 자주 사용합니다. 물질이란 우주를 구성하고 있는 모든 것으로서, 질량을 가지고 공간을 차지하고 있으며 기체를 제외하고는 볼 수도 있고 만질 수도 있습니다.

물질의 상태(State of matter)로는 기체, 액체, 고체 등 세가지가 있으며 이들은 서로 다른 일반적 성질을 가지고 있습니다. 보통의 온도와 압력에서 산소, 질소, 수소, 이산화탄소, 염소, 암모니아 그리고 천연 가스의 주성분인 메탄 등은 기체이며, 물, 에틸알코올, 수은, 가솔린 등은 액체입니다. 고체는 우리 주위 어디에서든지 볼 수 있는 것들로서 대부분 여러 가지 물질의 조합입니다. 즉 철, 구리, 금, 탄소,인 다이아몬드와 흑연, 염화나트륨(소금), 자당(설탕) 등은 단일 물질로서 고체입니다. 그러나 커피잔을 만드는 도자기는 규소, 알루미늄, 산소 및 적은 양의 여러 가지 금속을 포함하고 있는 복잡한 물질입니다. 어떤 물질은 세 가지의 상태로 모두 존재할 수 있습니다. 보통 고체인 대부분의 금속은 용융시키면 액체로 되고 더 높은 온도로 가열하면 기체가 됩니다.  그러나 어떤 물질은 기체 상태 혹은 액체 상태로 존재하지 않고, 또 어떤 것은 기체나 액체 상태 중 어느것으로도 존재하지 않습니다. 즉 고체인 탄산칼슘은 열을 가하면 용융되거나 증발되지 않고 분해하여 다른 고체인 산화칼슘과 이산화탄소가 됩니다. 또 설탕은 서서히 가열하면 액채 상태로 용융되나 더 높은 온도로 가열하면 기화되지 않고 탄소를 가진 여러 생성물로 분해되고 맙니다. 그러나 모든 기체와 액체는 고체 상태로 응축될 수 있습니다. 화학에서 여러 가지 물질은 자세히 관찰하고 측정하는 것은 아주 중요한 일입니다.색깔, 녹는점, 밀도, 강도 등은 관측할 수 있는 물질의 성질이며 이런 것들은 물리적 성질이라고 합니다.