하나의 성분(substance)을 다른 성분과 구별하는 특징을 특성(property)이라고 한다. 물리적 특성(physical property)은 화학적 조성(composition)의 변화와 관련되지 않은 물질의 특징이다. 물리적 특성의 친숙한 예로는 밀도, 색상, 경도, 융점 및 끓는점, 전기 전도도가 있다. 밀도와 색상 같은 일부 물리적 특성은 물질의 물리적 상태를 변경하지 않고 관찰할 수 있다. 철의 용융 온도나 물의 동결 온도와 같은 다른 물리적 특성은 물질이 물리적 변화를 겪을 때만 관찰할 수 있다. 물리적 변화(physical change)는 물질에 포함된 성분의 화학적 정체성에 대한 변화 없이 물질의 상태 또는 특성의 변화이다. 왁스가 녹을 때, 설탕이 커피에 용해(dissolve)될 때, ..

물은 수소와 산소가 2:1의 비율로 결합한 원소로 구성되어 있다. 물은 에너지를 추가하여 수소와 산소 가스로 분해할 수 있다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 다음 그림과 같이 배터리 또는 전원 공급 장치를 사용하는 것이다.  물의 분해는 물 분자의 원자를 각각 두 개의 수소 원자와 두 개의 산소 원자로 구성된 다른 분자로 재배열하는 것을 포함한다. 두 개의 물 분자는 하나의 산소 분자와 두 개의 수소 분자를 형성한다. 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) 생성된 두 가스는 뚜렷하게 다른 특성이 있다. 산소는 가연성이 아니지만 연료 연소에 필요하며, 수소는 가연성이 높고 강력한 에너지원이다. 이 지식은 우리가 사는 세상에 어떻게 적용될 수 있는가? 한 가지 응용 분야는 더 연료 효율적인 운송에 관한..

원자(原子, atom)는 물질을 구성하는 기본 입자이며, 해당 원소의 특성을 가진다. 원소는 화학 결합할 수 있는 원소의 가장 작은 입자이다. 물질이 원자로 구성되어 있다는 가설은 기원전 5세기에 그리스 철학자 레우키포스와 데모크리토스에게 유래한다. 하지만 19세기 초가 되어서야 과학에 관심이 많았던 영국 교사 존 돌턴(John Dalton, 1766~1844)이 정량적 측정으로 이 가설을 뒷받침했다. 그 이후로 반복된 실험으로 이 가설의 많은 측면이 확인되었으며, 화학의 중심 이론 중 하나가 되었다. 돌턴의 원자 이론은 여전히 사용하지만 약간 수정되었다. 원자는 너무 작아서 크기를 상상하기 어렵다. 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 작은 것 중 하나는 거미줄의 한 가닥이다. 이 가닥은 지름이 약 1/10,0..

화학은 관찰과 실험을 바탕으로 하는 과학이다. 화학을 한다는 것은 과학계에서 인정하는 절차를 사용하여 화학 법칙(law)과 이론(theory)의 관점에서 질문에 답하고, 관찰 내용을 설명하는 것이다. 질문에 답하거나 관찰 내용을 설명하는 단일 경로는 없지만 모든 접근 방식에 똑같은 부분이 있다. 각 접근 방식은 결과를 확인하기 위해 '재현'할 수 있는 실험을 바탕으로 한 지식을 사용한다. 일부 경로에는 정보 수집 및 확인을 위한 지침 역할을 하는 관찰에 대한 임시 설명인 가설(hypothesis)이 포함된다. 가설은 실험, 계산 및/또는 다른 실험과의 비교로 확인한 다음 필요에 따라 개선한다. 일부 가설은 법칙에 요약된 현상을 설명하려는 시도이다. 과학 법칙은 수많은 실험적 관찰을 요약하고, 자연 세계의..

화학은 폭넓은 다른 STEM 분야와 서로 연결되므로 ‘과학의 중심’이라고 부른다. STEM은 과학, 기술, 공학 및 수학 분야의 총칭이다. 화학과 화학자의 언어는 생물학, 의학, 재료과학, 법의학, 환경과학 및 기타 여러 분야에서 중요한 역할을 담당한다. 물리학의 기본 원리는 화학의 여러 측면을 이해하는 데 필수이며, 화학물리학과 핵화학과 같은 분야는 물리와 화학이 많이 겹치는 분야이다. 수학, 컴퓨터 과학, 정보 이론은 화학 세계를 계산하고, 해석하고, 설명하고, 이해하는 데 도움이 되는 중요한 도구를 제공한다. 생물학과 화학은 생화학으로 합쳐지는데, 살아있는 유기체의 생명을 유지하는 많은 복잡한 요소와 과정을 이해하는 데 중요하다. 화학공학, 재료과학, 나노기술은 화학적 원리와 경험적 발견을 결합하여..

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 ..