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화합물
화합물(化合物, compound, chemical compound)은 두 종류 이상의 화학 원소의 원자가 결합하여 만들어진 순수한 화학 물질이다. 화합물은 화학반응을 통하여 더 단순한 물질로 분리해 낼 수 있다. 이를테면 물(H₂O)은 하나의 산소 원자마다 두 개의 수소 원자가 공유결합을 하여 만들어진 화합물이다. 화합물은 고유한 화학적 구조를 가지고 있으며 이들은 화학 결합으로 하나가 된 일정한 비율의 원자로 이루어져 있다. 화합물은 공유결합에 의하여 하나로 된 분자 화합물이라고 할 수 있다. 이를테면 염은 이온 결합에 의하여 하나로 되고, 합금의 경우 금속 결합에 의하여 하나로 되며, 배위 착염은 배위 결합에 의하여 하나로 되는 분자 화합물이다.
한편, 순수한 화학 원소는 이것이 단일 원소(H₂, S8 등)로 된 여러 개의 원자만 포함하는 분자들로 이루어져 있다고 할지라도 화합물로 간주하지 않는다. 화합물은 오직 두 종류 이상의 원소들로 결합한 형태의 물질들을 이르기 때문이다. 위의 단일 원소(H₂, S8 등)는 홑원소 물질이라고 부르기도 한다.
개요
화합물은 서로 다른 두 종류 이상의 원소가 화학적으로 결합하여 만들어진 물질이다. 인공적이든 자연적이든 반드시 화학반응이 일어나야 화합물이 만들어질 수 있다.
좀 더 간단하게 말하자면 지금 눈에 보이는 거의 모든 것을 이루고 있는 물질이 바로 화합물이다. 대표적으로 플라스틱과 각종 음식이 고분자 화합물이며, 인체 또한 고분자 화합물의 집합이다.
예전에 어떤 광고에서 "우리 주스에는 화합물이 첨가되지 않았습니다." 라고 광고했었는데 물도 화합물이다. '화학물질'의 오기일 수도 있지만, 화학물질이 아닌 물질이 이 세상에 존재하기는 하나? 아니면 그냥 '화학 첨가물' 이라고 하고 싶었던 것일지도 모른다.
화합물은 혼합물과 헷갈리지 않아야 한다. 혼합물에는 대개 두 가지 이상의 물질이 섞여 있는 상태로 (당연히 화합물끼리 여럿 섞일 수도 있다), 공기나 우유 등이 이에 해당하지만, 화합물은 그 자체로 한 가지 물질이다. 그래서 화합물은 순물질로 분류된다.
합금은 화합물과 혼합물의 중간 정도 되는 위치라 논란이 많다. 일단 한국의 중고등학교 과학 교과과정에선 균일혼합물, 즉 고체 용액으로 배운다.
실험실에서 사용하는 화합물들은 기본적인 물질들을 가지고 합성해서 쓰는 것도 있지만, 대부분은 사서 쓴다. 한국에는 OCI, SK케미칼 같은 곳에서 기초적인 화합물(주로 간단한 산이나 유기화합물)을 만들고 있다. 하지만 대다수의 고순도 시약은 시그마알드리치, 메르크(머크), 다우, 쥰세이, 신에츠 같은 외국 업체들이 만든 것들을 수입하는 실정이다.
독성이 있어 생체와 환경에 큰 부담을 주는 화합물은 제조와 판매가 전세계적으로 규제된다. 대표적으로 사염화탄소(CCl₄)의 경우에는 폐기물의 처리가 까다롭고 환경에 좋지 않으므로 한국과 미국을 포함한 나라에서 판매가 금지되어 있다. 먹으면 황천행 KTX로 편도승차권을 끊어주는 비소산(H₃AsO₄)의 경우 아예 판매가 금지되어 있다.
기본 개념
화합물의 특성은 다음과 같다:
- 화합물의 원소는 일정한 비율로 존재한다. (예: 2개의 수소 + 1개의 산소는 하나의 화합물 분자인 물이 된다)
- 화합물은 일정한 집합의 특성을 갖는다. (화합물의 원소는 원래의 특성을 보유하고 있지 않다.)
- 화합물의 원소는 물리적인 방식으로 분리할 수 없다.
공식
화학자들은 화합물을 다양한 형태의 공식을 이용하여 서술한다. 분자로 존재하는 화합물의 경우 분자 단위의 공식이 이용된다. 광물과 수많은 금속 산화물과 같은 중합체의 경우 일반적으로 실험식이 이용된다. 이를테면 염화 나트륨의 경우 NaCl로 표기한다.
화학 공식의 원소는 일반적으로 특정한 순서로 나열되는데 이를 힐 시스템(Hill system)이라고 한다. 이러한 체계에서 탄소 원자들은 일반적으로 맨 처음에, 수소 원자는 그 다음에, 다른 모든 원소는 알파벳 순으로 그 뒤에 나열된다. 화학식이 탄소를 포함하지 않으면 수소를 포함한 모든 원소는 알파벳 순으로 나열된다. 그러나 이러한 일반적인 법칙에도 예외는 있다. 이온 화합물의 경우 양이온은 거의 언제나 맨 먼저 오고 음이온은 두 번째에 온다. 산화물의 경우 산소가 맨 마지막에 나열된다.
상과 열 특성
화합물은 몇 가지 가능한 상을 가질 수 있다. 모든 화합물은 적어도 충분히 낮은 온도에 있다면 고체로 존재할 수 있다. 분자 화합물은 액체, 기체, 또 특별한 경우 플라스마로 존재할 수도 있다. 모든 화합물은 열에 의해 분해된다. 이러한 분해가 일어나는 온도는 분해 온도라고 한다. 분해 온도는 열의 속도에 따라 달라지며 가파르게 바뀌지는 않는다.
CAS 번호
화합물을 포함하는, 연구를 통해 알려진 모든 화학 물질들은 고유의 수치적 식별자인 CAS 번호가 있다.
유기화합물과 무기화합물
화합물은 유기물과 무기물로 분류할 수 있다. 유기화합물은 탄소와 수소를 포함하는 분자화합물로 메테인, 프로페인 등의 연료나 아세톤, 에탄올 등의 유기용매, 포도당과 같은 당류뿐만 아니라 수백만 개의 탄소화합물들이 이에 속한다. 무기화합물은 유기화합물을 제외한 모든 화합물로 물, 황산구리, 염화나트륨과 탄산염, 이산화탄소 등과 같은 간단한 탄소화합물도 무기화합물로 분류한다.
- 유기화합물: 메테인(CH₄), 프로페인(C₃H₈), 아세톤(CH₃COCH₃), 에탄올(C₂H5OH), 포도당(C₆H₁₂O₆) 등
- 무기화합물: 물(H₂O), 황산구리(CuSO₄), 염화나트륨(NaCl), 탄산칼슘(CaCO₃), 이산화탄소(CO₂) 등
분자화합물과 이온화합물
화합물 내의 원소들은 나름대로의 특별한 방식에 의해 결합한다. 결합의 방식을 나누면 이온결합의 형식을 갖는 이온화합물과 공유결합의 형식을 갖는 분자화합물로 구분할 수 있다. 대부분의 유기화합물을 비롯하여 상온에서 기체나 액체로 존재하는 물질들은 분자상태로 존재하며 분자 간 약한 결합에 의해 이루어진 분자화합물이다. 염화나트륨이나 황산구리, 탄산나트륨과 같은 물질들은 양이나 음으로 하전된 원자나 원자집단의 이온들이 결합된 방식으로 이온화합물의 예이다. 보통 이들은 상온에서 고체로 존재하고 분자화합물에 비해 결합이 단단하며 녹는점, 끓는점이 높다.
- 분자화합물: 유기화합물의 대부분, 염화수소(HCl), 이산화탄소(CO₂) 등
- 이온화합물: 염화나트륨(NaCl), 황산구리(CuSO₄), 탄산나트륨(Na₂CO₃) 등
화합물 목록
참고자료
같이 보기
