1. 기초 화학의 영역(Areas of Basic Chemistry)
화학은 물체의 구성이나 성질 및 구조에 대하여 연구하는 과학이다.(Chemistry is a science that studies the composition, properties, and structure of objects.)
석유와 나일론, 휘발 유와 물, 철분과 나트륨 등의 물질 형태는 뚜렷이 다르게 나타나며, 이러한 차이점은 물질의 성분과 구조의 차이에서 기인한다. 물질의 한 형태는 다른 형태로부터 만들어질 수 있고, 또 다른 형태로 변형될 수도 있다. 예를 들면 휘발유가 공기 중에서 연소하면 물과 이산 화탄소, 일산화탄소 및 탄소가 생성되고, 석유는 일련의 화학반응을 거쳐서 나일론으로 변 하기도 한다.
화학은 이러한 물질의 성분이나 구조에 있어서의 변화, 변화의 원인, 변화에 수반되는 에너지의 변화 그리고 이에 따른 원리와 법칙들을 다루게 된다. 즉, 화학이란 물 질의 성분, 구조, 성질을 연구하고, 물질의 생성과 변화를 연구하는 과학이라고 정의할 수 있다. 따라서 기초 화학은 화학물질의 성분, 구조, 성질을 연구를 통한 물질의 고유한 특징과 다양한 반응에 의한 화학적 변화, 에너지의 이동을 다루며, 이를 통하여 화학의 기초적인 지식을 습득하는 것이다.
(Through this, you will acquire basic knowledge of chemistry.)
2. 화학에서 사용하는 정의(definitions used in chemistry)
가. 원자(atom)와 원소(element) 원소란 화학반응에 의하여 더 이상 간단한 물질로 분해되지 않는 물질을 원소라고 한다. 109개가 넘는 원소들이 알려져 있으며, 각 원소에는 다른 원소들과 구별되는 고 유한 특성이 있다. 원소기호는 스웨덴의 화학자 Berzelius가 처음 제안하였으며, 일반적으로는 영문명의 첫 글자나 두 번째 글자까지를 나타내기도 한다. 알려진 원자는 원 소 고유의 성질을 보유하고 있는 원소의 최소입자이다.
(In general, it also represents the first or second letter of an English name. A known atom is the smallest particle of an element that possesses the element's unique properties.)
나. 분자(molecule)와 화합물(compound) 화합물은 둘 또는 그 이상의 원소들이 일정한 질량비로 화학적인 결합을 하여 생긴 물질이다. 화합물은 각 구성원소의 특성을 잃고, 그 자체의 특성을 지닌다. 서로 결합된 원자들의 집합체인 분자는 화합물 고유의 화학적 성질을 지닌 최소 단위이다. 분자에는 단원자 분자와 다원자분자가 있고, 다원자분자인 경우 구성 원자들은 화학결합에 의하 여 서로 묶여 있다.(Molecules include monoatomic molecules and polyatomic molecules, and in the case of polyatomic molecules, the constituent atoms are bound together by chemical bonds.)
다. 순수물질(substance)과 혼합물(mixture) 순수물질은 어떤 순수한 원소나 순수한 화합물을 나타낼 때 사용되는 용어로써 모든 물체는 하나의 물질이거나 물질의 혼합체이다. 혼합물은 고유의 특성을 지닌 순수 물질 이 둘 또는 그 이상 섞여 있는 것으로 물질들의 상대적인 양은 임의로 변할 수 있으며, 혼합물을 구성한 물질들의 고유한 특성은 그대로 지닌다. 혼합물은 다시 균일 혼합물 (homogeneous mixture)과 불균일 혼합물(heterogeneous mixture)로 나눌 수 있다.
균일 혼합물은 혼합물 전체가 동일한 조성으로 이루어져 있어 한 종류의 물질만으 로 구성되어 있는 것처럼 보인다. 증류수에 소금을 넣고 저으면 소금은 용해되고, 혼합 물은 균일한 용액이 된다. 균일혼합물인 용액(solution)은 용매(solvent)와 용질 (solute)로 구성되는데, 용매는 녹이는 물질이고, 용질은 용해된 물질이다. 석회석과 모 례의 혼합물은 불균일 혼합물로서 각 성분의 입자들이 분리된 상태로 존재한다.
(The mixture of limestone and sand is a heterogeneous mixture in which the particles of each component exist in a separated state.)
순수물질 : 설탕, 소금, 공기 중의 산소와 질소 등 혼합물 : 설탕물(설탕 + 물), 시멘트 조각 등 - 균일 혼합물 : 소금 + 증류수 - 불균일 혼합물 : 빗물 + 흙
라. 물리적 성질과 화학적 성질 모든 물질은 물리적 및 화학적 성질을 가지고 있는데, 물리적 성질(physical property)이란 물질 내의 원자비율을 변하게 하지 않는 범위 내에서 측정되고 관측될 수 있는 것들로서, 물질의 색깔, 녹거나 끓을 때의 온도, 밀도 및 물리적 상태 등이 이 러한 성질에 포함된다.
화학적 성질(chemical property)은 물질이 그 조성을 변화시키 는 화학반응을 일으킬 때의 특성이다. 산성과 염기성, 극성, 이온화 경향, 친전자성, 분 자비대칭성(chirality) 등이 화학적 성질의 예이다.
동일한 조건하에서 물리·화학적 성질이 모두 같은 두 물질은 존재하지 않기 때문에 이러한 성질들의 차이를 이용하여 물질을 확인할 수 있다.
3. 측정단위 (Unit of measurement)
자연과학에서의 측정은 주어진 성질(물리적인 양)이 표준 값의 몇 배가 되는가를 결정하는 정량적인 비교과정이다.
17세기 이전에는 각 나라마다 정의된 독특한 단위를 채택하여 사용함에 따라 같은 양에 대해서도 여러 가지 단위가 혼용됨으로써 단위의 혼란을 유발하였다. 17세기 이후 과학의 방법이 더욱 정량적으로 발전하였고, 이와 함께 과학자들은 표준 단위의 필요성을 깨닫게 되었다. 그리하여 1960년 10월 국제도량형회의에 의해 국제표준 단위로서 미터법(1791년 프랑스에서 고안, 대다수의 국가에서 폭넓게 사용)을 기준으로 한 SI 단위계(System International Unit)가 채택되었다. 이 단위계는 [표 1-1]에서와 같이 7개의 기본단위와 2개의 보조단위를 정의하였다