화학이란? 화학의 역사와 기본 개념

안녕하세요. 오늘은 화학의 역사와 화학에 관심 있다면 알아두면 좋은 기본 개념에 관해

알려드리겠습니다.

화학(化學)은 물질의 구조, 에너지 변화 등을 연구하는 자연과학의 한 종류입니다.

물리학과 달리 화학에서는 물질 자체를 연구 대상으로 합니다. 이미 존재하는 물질을 이용하여 목적에 맞는 새로운 물질을 합성하여 질병의 치료 및 예방, 에너지의 효율 증대, 환경오염 감소 등 여러 가지 이점을 제공합니다.

 

화학의 역사

고대

고대에 화학은 그 정의에 맞게 실용적인 학문으로서 물리학과 같이 아주 오래전부터 인류가 연구해 왔습니다. 

인류가 발견한 불도 나무가 타고 고기가 구워지는 것이 화학작용이라고 말할 수 있습니다. 

이집트, 서아시아 등지에서는 청동기 및 금속 제련에 관심이 많아 값싼 금속을 금으로 변환하려는 일종의 연금술이

발달하기 시작했습니다. 당시에는 화학에 관한 지식이 옅었기 때문에 물질을 정제하는 것과 변환하는 것도 잘 구분되지

않았습니다. 하지만 연금술은 현대까지 발달하면서 일종의 뻘짓이라고 알려졌습니다. 한 금속을 다른 금속으로 완전히

탈바꿈시키는 것은 불가능하다는 것이 밝혀졌기 때문입니다. 하지만 연금수릐 발달 과정에서 기본적인 화학 실험의 도구들이 만들어졌고, 그래서 사람들은 연금술을 화학의 시초라고 여기는 것입니다. 

중세

이후 중세에 이슬람의 과학이 성행하던 시기에 화학, 약학이 많은 발전을 이루었습니다. 단순히 이전의 화학을 이어받는 것을 넘어서서 물질의 구성에 관한 이론들을 정립하기 시작했기 때문입니다. 이러한 과정에서 당연히 여러 실험 기법들도 생성되었죠. 그리고 12세기 이후 이슬람 과학은 무역과 교류로 인해 이탈리아로 조금씩 유입되기 시작했습니다. 이 과정에서 유럽으로 화학이 퍼져나갔고, 결국 유럽이 화학의 중심지로 자리 잡게 된 것이죠. 

근대

다음으로 가장 많은 발전이 이루어진 근대입니다.

17세기는 근대 화학의 태동기라고 불릴 정도로 화학 분야에선 대단한 시기였습니다.

여러 화학 반응식이 쓰이고, 여러 실험을 통한 이론의 확립, 특히 보일이 1661년 원자, 분자, 화학 반응에 대한 이론을 생성하면서 이 해로부터 화학이 시작되었다고 해도 과언이 아닐 정도로 엄청난 도약을 이룬 시기라고 할 수 있습니다. 

이 외에도 19세기에는 화학 평형의 개념이 탄생했으며 생화학과 유기화학, 배위화학이 발전하였으며 주기율표가 작성되는 등 화학이 다른 분야처럼 빠르게 발전하였습니다. 많은 분, 특히 주기율표 암기가 시작되는 고등학교 시기부터는 주기율표에 대한 혐오도(?)가 생기기 시작하는데요. 이 주기율표는 자연계에 존재하는, 그리고 인공적으로 만든 원소를 번호와 원소의 화학적 특성에 따라 나열한 표입니다. 러시아의 화학자 '드미트리 멘델레예프'가 처음 생각해 낸 표이며, 간단한 지식만 있다면 위치만 보아도 화학적 특성(알칼리 원소, 할로젠 원소 등)과 특징(원자가전자/최외각 전자의 수, 같은 족 원소 등)을 알 수 있을 정도로 정말 화학뿐 아니라 과학계에 큰 혁신이었는데요. 이에 따 원들의 규칙성을 찾고, 체계화한 데에 큰 의미가 있습니다.

 

기본 개념

원자와 원소

처음으로 알아볼 개념은 '원자와 원소'입니다. 

중학교 과학에서 처음 배우는 내용인 만큼 이후 고등과정에서도 빠짐없이 등장하고, 정말 중요한 '기초'개념입니다.

원자(atom)의 개념은 물질을 이루는 가장 작은 단위로 화학 반응을 통해 더 이상 쪼갤 수 없습니다. 20세기 화학자들은 원자를 이루는 더 작은 입자인 전자, 양성자, 중성자를 발견합니다. 전자는 기본적으로 음전하를 띠고 있고, 양성자는 양전하, 중성자는 이름에서 알 수 있다시피 전하를 띠지 않습니다. 원자는 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵을 포함하고 있으며, 전자는 주변 궤도에 분포해 있습니다. 

분자

다음은 '분자'입니다. 분자는 앞서 말한 기본 단위인 원자가 결합한 독립 입자로서 작용하는 단위체입니다. 특정 분자에는 

그에 맞는 여러 종류의 원자들이 특정 개수만큼 정렬되어 결합해 생성되는데요. 원자는 원소의 최소단위인 것처럼, 분자는 화합물의 최소단위가 됩니다. 이 원자들이 결합할 때 전자의 재배치가 일어납니다.

화학반응

화학반응은 원자 또는 분자가 화학적인 변화를 거치는 것을 의미합니다. 화학반응은 원자끼리의 결합이 끊어지거나 결합이 생성되는 일을 포함합니다. 결합이 끊어질 떄는 에너지를 흡수하고, 결합이 이어질 때는 에너지를 방출하는 것이 특징입니다. 화학 반응의 대표적인 예로 수소와 산소가 결합하여 물이 되는 화학 반응이 있습니다. 우리가 흔히 아는 H2O가 생성되는 과정이죠. 화학 반응에서는 반응에 개입하는 새로운 원자가 생성되거나 하진 않습니다. 화학 반응에서는 열을 방출하는 발열 반응과 열을 흡수하는 흡열 반응이 일어납니다. 

화학결합

화학결합의 종류 중에서는 이온 결합, 공유 결합, 그리고 금속 결합이 있습니다. 

일단 이온이란 전하를 띤 원자, 분자를 의미합니다. 이온 결합은 양전하와 음전하 사이의 정전기적 인력으로 인해 생성됩니다. 자석의 양극(+)과 음극(-)이 서로 당기는 힘과 같다고 생각하시면 됩니다. 이온 결합으로 인해 생성된 물질은 물 분자에 의해 수화되고, 이온 결합 물질이 녹은 수용액은 전기 전도도를 가지게 됩니다.

공유 결합은 원자핵 주변의 궤도를 돌고 있는 두 원자의 전자들이 종류에 따른 전자쌍을 공유하면서 생기는 결합입니다. 공유결합이 일어날 때는 발열 반응이 일어나는데, 이떄 방출되는 에너지의 양이 결합 에너지와 같습니다. 

금속 결합은 금속 원자들에 있는 전자들이 떨어져 나와 자유 전자를 생성하고 그들이 생성하는 결합을 의미합니다. 금속의 특성인 연성(가늘고 길게 늘어남)과 전성(두드리거나 압착하면 얇게 퍼짐)이 생기는 이유이기도 합니다.

 

이번 글에서는 화학의 역사와 알아두면 좋은 기본 개념에 대해 알아보았습니다. 감사합니다.