[화학] 물질은 어떻게 분류하는가?

물질은 여러 가지로 분류할 수 있다. 크게 두 가지 범주는 혼합물(混合物, mixture)과 순물질(純物質)이다. 순물질은 조성이 일정하며, 모든 시료는 정확히 같은 구성과 특성을 가진다. 모든 자당(Sucrose, 설탕) 시료는 질량 기준으로 42.1%의 탄소, 6.5%의 수소 및 51.4%의 산소로 구성된다. 또한 어떤 시료는 융점, 색상 및 단맛과 같은 물리 특성을 가진다.

 

순물질은 원소와 화합물로 나누어진다. 화학변화로 더 단순한 물질로 분해될 수 없는 순물질을 원소(元素, element)라고 한다. 철, 은, 금, 알루미늄, 유황, 산소, 구리 등은 100가지가 넘게 알려진 원소 중 가장 잘 알려진 원소이며, 그중 약 90가지는 지구상에서 자연적으로 발생하며, 20여 가지는 실험실에서 만들어진 것이다.

 

두 개 이상의 원소로 구성된 순물질을 화합물(化合物, compound)이라고 한다. 화합물은 화학적 변화로 분해되어 원소 또는 다른 화합물 또는 둘 다를 만들 수 있다. 주황색의 결정질 고체인 수은(II) 산화물은 열에 의해 수은과 산소 원소로 분해할 수 있다. 공기가 없는 상태에서 자당을 가열할 때, 화합물인 자당은 원소 탄소와 화합물인 물로 분해된다. 염화은(I)은 빛을 흡수하여 원소인 은과 염소로 분해될 수 있는 백색 고체이다. 이 특성은 사진 필름이나 변색 안경에 이 화합물을 사용한다.

 

결합한 원소의 특성은 자유 상태 또는 결합하지 않은 상태의 특성과 다르다. 예를 들어, 백색 결정질 설탕(자당)은 결합하지 않은 형태 중 하나의 검은 색 고체인 탄소 원소와 결합하지 않은 무색 가스인 수소와 산소 두 원소의 화학적 결합으로 생긴 화합물이다. 부드럽고 반짝이는 금속 고체 원소인 유리(遊離) 나트륨과 황록색 가스 원소인 유리 염소가 결합하여 흰색의 결정질 고체 화합물인 염화나트륨(식염)을 만든다.

 

유리(遊離): 원소가 다른 원소와 화합하지 않고 홑원소 물질로 존재하거나, 화합물 중에서 원소가 단독으로 분리되는 일.

 

혼합물은 다양한 양으로 존재할 수 있고, 증발과 같은 물리적 변화로 분리할 수 있는 두 가지 이상의 물질로 구성된다. 위치마다 다른 조성을 가진 혼합물을 이질 혼합물(Heterogeneous mixture)이라고 한다. 이질 혼합물의 예로는 초콜릿, 견과류 및 쿠키 반죽의 별도 조각을 볼 수 있는 초콜릿 칩 쿠키와 석영, 운모, 장석 등을 볼 수 있는 화강암 등이 있다.

 

용액(Solution)이라고도 하는 균질 혼합물(Homogeneous mixture)은 균일한 조성이며, 시각적으로 어디에서나 같다. 용액의 예로는 물, 설탕, 착색료, 향료 및 전해질이 균질하게 혼합된 스포츠음료 등이 있다. 균질 혼합물의 예로는 공기, 메이플 시럽, 휘발유 및 물에 소금 용액이 있다.

 

 

지구에는 100개가 조금 넘는 원소가 있지만, 수천만 개의 화합물은 이러한 원소의 다양한 조합으로 만들어진다. 각 화합물은 특정 조성이며, 다른 모든 화합물과 구별되는 명확한 화학적 및 물리적 특성을 가진다. 물론 원소와 화합물을 결합하여 다양한 혼합물을 형성하는 방법은 무수히 많다. 물질의 다양한 주요 분류를 구별하는 방법의 요약은 다음 그림과 같다.

 

11개의 원소가 지각과 대기의 약 99%를 구성한다. 산소는 이러한 원소 총량의 거의 1/2을 구성하고, 실리콘은 약 1/4을 구성합니다. 지구상의 원소 대부분은 다른 원소와의 화학적 조합에서 발견된다. 원소의 약 1/4은 자유 상태에서도 발견된다.

 

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