일반화학의 정의(3)

 이전글에 이어서 물리적 성질(physical property)은 물질의 조성이나 동일성이 변하지 않으면서 나타나고 측정하고 관찰할 수 있는 것이며, 반면 화학적 성질(chemical property) 은 화학반응에서만 볼 수 있는 것 입니다. 화학반응(chemical reaction)이란 최소한 한 물질이라도 그 조성과 동일성이 변화하는 과정을 말합니다. 공기 중에서 나무가 타고 은이 녹스는 것은 대표적인 화학적 변화의 예 입니다. 즉 나무는 타면서 공기 중의 산소와 결합하여 이산화탄소,  물 그리고 연기 와 재 등의 여러가지 탄소 함유물을 만들며, 반짝이는 은은 공기 중의 황화물과 화합하여 표면에 녹으러 나타나는 흑색의 황화은을 형성합니다. 그러나 화학을 더 정의하기 전에 다루게 될 물질의 여러 종류에 대해 차이점을 알아 봅시다.

 

물질의 분류

 

 물질은 물리적으로는 순수물질과 혼합물로 나눌 수 있습니다. 순수물질(순물질; pure substance)이란 그것을 어디에서 얻었는 간에 물리적 성질과 화학적 성질이 동일한 물질을 말합니다. 예를 들면, 순수한 물은 색깔과 냄새가 없고 대기압 100에서 끓고, 0에서 얼며, 4에서 mL당 1g의 질량을 가집니다. 이러한 성질은 물을 바닷물에서 증류하였거나 산 속의 연못에서 떠왔거나 혹은 산소와 수고의 화학반응에 의해 합성했다거나에 관계없이 모두 같으며, 따라서 이들 특성으로 다른 물질과 구분할 수 있습니다.

순수물질에는 원소와 화합물이 있습니다. 원소(element)란 화학반응에 의하여 더 이상 간단한 형태로 만들 수 없는 물질로서, 책 표지 안쪽면의 주기율표에 나오는 모든 원자가 이에 속합니다. 화합물(compound)이란 두 개나 그 이상의 원소가 화학적으로 결합하여 생성된 일정한 조성의 물질을 말하여, 물리적 방법이 아닌 화학적 반은에 의해서만 각 성분으로 나누어질 수 있습니다. 

H2, O2, H2O, CH4, CH3COOH 등의 화합물의 예입니다. 화합물을 또다시 유기화합물(organic compound)과 무기화합물(inorganic compound)로 나눌 수 있습니다.혼합물(mixture)은 두 가지 이상의 원소나 화합물이 그들 각각의 특성을 유지한 채 섞여 있는 것을 말합니다. 이들 물질들은 어떤 비율로도 섞일 수 있으며, 혼합물의 성질은 그 구성 성분들의 성질이 종합되어 나타납니다. 또 각 성분들은 화학반은에 의하지 않고 물리적인 방법으로도 완전히 분리할 수 있습니다. 혼합물은 각 성분이 섞여있는 정도에 따라 균일혼합물과 불균일혼합물로 나뉩니다. 균일혼합물(homogeneous mixture)은 완전히 뒤섞여서 혼합물의 조성 등이 균일한 것을 말합니다. 공기는 기체의 균일혼합물이며, 자동차 오일은 액체인 석유 유도체의 균일혼합물 입니다. 불균일혼합물(heterogeneous mixture)은 각각의 성분들이 물리적으로 분리되어 있으며, 어떤 경우에는 현미경이 필요하지만 분리된 성분들을 눈으로 볼 수 있습니다. 즉 콘트리트와 흙탕물 등은 불균일혼합물이며, 우유와 과자 반죽도 여기에 속합니다.

 

측정과 단위

 

단위

어떤 수치를 나타낼때단위는 측정량의 일부분이나 마찬가지 입니다. 예들 들어 두 점사이의 거리가 3이라고 할때 측정의 단위()가 수와 함께 표시되지 않으면 아무런 뜻도 없습니다. 그런데 종래에 쓰이던 단위는 나라마다 그 척도가 달랐기 때문에. 1875년에 전세계에서 공통으로 사용할 단위계를 제정하였습니다. 현재에는 국제단위계(International System of Units, SI)가 공용되고 있습니다. SI 단위는 7개의 기본단위와 2개의 보조단위로 구성되어 있으며, 그 내용은 다음과 같습니다. 이 7개의 기본단위를 적절히 조합하여 사용하면 모든 측정의 단위를 나타낼 수 있습니다.

길이 (Length)	미터	m
질량 (Mass)	킬로그램	kg
시간 (Time)	초	s
전류 (Electric current)	암페어	A
온도 (Thermodynamic temperature)	켈빈	K
물질의 양 (Amount of substance)	몰	mol
광도 (Luminous intensity)	칸델라	cd

 

각 기본단위의 크기는 당시의 관습적인 양을 기준으로 하였습니다. 표준 물질이 필요한 단위(길이, 질량 등)는 정밀 제작하여 프랑스의 국제도량형국에 보관하였으나, 현재에는 특정 물질의 기본 성질을 이용하여 정의합니다. 예를 들면 길이의 표준인 "1 m"는 온도의 의한 변형을 최소화한 백금-이리듐 합금 막대 위의 두 선 사이의 길이로 정했었으나, 지금은 크립톤-84 원자에서 방출되는 주황색 복사선 파장의 165,076,373배로 규정하여 사용합니다. 위 표의 기본단위는 가장 기초가 되는 물리량만을 규정하며, 실제 과학에서 쓰이는 여러 단위들(속도,압력,힘,에너지, 전위차 등)은 기본 단위를 조합하여 유도할 수 있습니다. 이을 유도단위()라 부르며 아래 표를 참고하시면 되겠습니다.

 

면적 (Area)	제곱미터	m2
부피 (Volume)	세제곱미터	m3
속도 (Velocity)	미터/초	m/s
가속도 (Acceleration)	미터/초 제곱	m/s2
힘 (Force)	뉴턴 (kg⋅m/s2)	N
에너지 (Energy)	줄 (kg⋅m2/s2)	J
전력 (Power)	와트 (kg⋅m2/s3)	W
전하 (Electric charge)	쿨롱 (A⋅s)	C
전압 (Voltage)	볼트 (kg⋅m2/s3/A)	V
저항 (Resistance)	옴 (kg⋅m2/s3/A2)	Ω

 

예를 들면 속도는 단위 시간당 이동한 거리로서 m/s로, 부피는 길이의 세제곱이므로 m3으로 나타냅니다. 많이 쓰이는 유도단위 중에는 별도의 이름이 있는 것도 있습니다. 예를 들면 힘의 SI 단위는 뉴턴이며, 1N은 1kg의 질량에 1 m/s2의 가속도를 생기에 하는 힘을 뜻합니다.