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화학의 세계: 물질의 성질, 구조, 그리고 상호작용

by 대기업오너 2024. 1. 16.

화학, 즉 물질의 성질, 구성, 구조(원소와 화합물로 정의됨)를 다루는 과학, 그것들이 어떤 변화를 겪는지, 그리고 이 과정에서 방출되거나 흡수되는 에너지입니다. 자연적으로 발생하든 인공적으로 발생하든 모든 물질은 원소로 확인된 백여 종의 원자 중 하나 이상으로 이루어져 있습니다. 이 원자들은 차례로 더 많은 기본 입자들로 구성되어 있지만, 화학 물질의 기본 구성 요소이며, 예를 들어 그 물질의 원자보다 작은 산소, 수은, 금 등의 양은 없습니다. 따라서 화학은 아원자 영역이 아니라 원자의 특성과 이들의 조합을 지배하는 법칙, 그리고 이러한 특성에 대한 지식이 어떻게 특정 목적을 달성하는 데 사용될 수 있는지에 관심을 두고 있습니다. 화학의 큰 도전은 물질의 복잡한 행동, 왜 물질들이 그대로 나타나는지, 무엇이 물질들에게 지속적인 특성을 부여하는지, 그리고 다른 물질들 사이의 상호작용이 어떻게 새로운 물질의 형성과 오래된 물질의 파괴를 가져올 수 있는지에 대한 일관된 설명을 개발하는 것입니다. 물질세계를 합리적 용어로 이해하려는 초기의 시도부터 화학자들은 영속성과 변화 둘 다를 만족스럽게 설명하는 물질 이론을 개발하는 데 어려움을 겪었습니다. 파괴할 수 없는 원자를 작고 큰 분자로 질서 정연하게 조립하거나 뒤섞인 원자들의 확장된 네트워크는 일반적으로 영속성의 기초로 받아들여지는 반면, 원자 또는 분자를 다른 배열로 재구성하는 것은 변화 이론의 배후에 있습니다. 따라서 화학은 물질의 원자 구성과 구조적 구조뿐만 아니라 갑작스럽고 종종 폭력적인 반응을 일으킬 수 있는 물질들 사이의 다양한 상호작용에 대한 연구를 포함합니다. 화학은 또한 천연 물질의 이용과 인공 물질의 생성에도 관심을 두고 있습니다. 요리, 발효, 유리 제조, 야금 등 모든 화학적 과정은 문명이 시작된 이래로 거슬러 올라갑니다. 오늘날 화학 기술의 결실은 비닐, 테프론, 액정, 반도체, 초전도체 등입니다. 20세기에는 생명체의 경이롭고 복잡한 화학을 이해하는 데 극적인 진전이 있었고, 건강과 질병에 대한 분자적 해석은 큰 가능성을 가지고 있습니다. 점점 더 정교한 기기의 도움을 받아 현대 화학은 수백만 개의 원자가 들어 있는 DNA처럼 크고 복잡한 물질을 연구합니다. 심지어 새로운 물질은 원하는 특성을 갖도록 설계되어 합성될 수 있습니다. 화학 지식이 계속해서 축적되는 속도는 놀라울 정도입니다. 천연 물질과 인공 물질을 합쳐 8,000,000개 이상의 다른 화학 물질을 특성화하고 생산했습니다. 1965년까지만 해도 그 수는 50만 개 미만이었습니다. 산업과 관련된 것은 화학의 지적 과제와 밀접하게 관련되어 있습니다. 19세기 중엽에 독일의 화학자 유스터스 폰 리비히는 한 나라의 부는 그것이 생산하는 황산의 양에 의해 측정될 수 있다고 언급했습니다. 이 산은 많은 제조 공정에 필수적이며, 오늘날에도 선진국의 선두적인 화학 제품으로 남아 있습니다. 리비히가 인정한 바와 같이, 황산을 대량으로 생산하는 나라는 화학 산업이 강하고 경제가 강한 나라입니다. 다양한 화학 제품의 생산, 유통, 이용은 고도로 발달한 모든 나라에서 공통적으로 행해지고 있습니다. 사실 문명의 철기 시대가 폴리머 시대로 대체되고 있다고 말할 수 있는 것은, 현재 생산되는 폴리머의 양이 철기 시대를 능가하기 때문입니다. 화학의 범위: 한 사람이 화학의 모든 분야에 대해 상세한 지식을 얻기를 바랄 수 있었던 시대는 이미 지나갔습니다. 화학의 특정 분야에 자신의 관심사를 추구하는 사람들은 같은 관심사를 공유하는 다른 사람들과 소통합니다. 시간이 흐르면서 전문적인 연구 관심사를 가진 화학자 집단이 전문 분야의 창립 멤버가 됩니다. 유기화학, 무기화학, 물리화학, 분석화학, 공업화학 등 화학사 초기에 등장한 전문 분야는 생화학과 함께 일반적으로 가장 큰 관심사로 남아 있습니다. 그러나 20세기 동안 폴리머, 환경화학, 의약화학 분야에서 많은 발전이 있었습니다. 더욱이 농약, 법의학, 컴퓨터화학 등 새로운 전문 분야가 계속해서 등장하고 있습니다. 분석화학: 나무, 석탄, 광물 또는 공기와 같이 지구상에 존재하는 대부분의 물질은 서로 다른 많은 화학 물질의 혼합물입니다. 각각의 순수한 화학 물질(예를 들어 산소, 철 또는 물)은 화학적 정체성을 부여하는 특징적인 일련의 성질을 가지고 있습니다. 예를 들어, 철은 1,535°C에서 녹는 은백색의 일반적인 금속이며, 매우 가단성이 있으며 산소와 쉽게 결합하여 일반적인 물질인 헤마타이트와 마그네타이트를 형성합니다. 금속의 혼합물 또는 마그네타이트와 같은 화합물에서 철을 검출하는 것은 정성분석이라고 불리는 분석화학의 한 분야입니다. 화합물이나 혼합물에 들어 있는 어떤 물질의 실제 양을 측정하는 것을 정량분석이라고 합니다. 예를 들어, 정량분석을 통해 해변이나 하천 둔치를 따라 흔히 검은 모래로 보이는 마그네타이트의 질량 기준으로 철이 72.3%를 차지하는 것으로 나타났습니다. 수년에 걸쳐 화학자들은 쉽게 눈에 보이고 식별할 수 있는 생성물의 생성에 의해 이러한 원소 물질의 존재를 나타내는 화학반응을 발견했습니다. 철이 시료 중에 백만 분의 1 이상의 양으로 존재하는 경우 화학적 방법으로 검출할 수 있습니다. 몇몇 매우 간단한 정성 테스트에서는 특정 화학 원소가 훨씬 더 적은 양으로 존재함을 알 수 있습니다. 나트륨이 불꽃에 부여하는 노란색은 시료가 10억 분의 1g 정도의 나트륨만 있으면 볼 수 있습니다. 이러한 분석 테스트를 통해 화학자들은 다양한 물질에 포함된 불순물의 종류와 양을 확인하고 매우 순수한 물질의 특성을 확인할 수 있었습니다. 일반적인 실험실 실험에 사용되는 물질의 불순물 수준은 일반적으로 0.1% 미만입니다. 특별한 용도로 사용되는 불순물의 양은 0.001% 미만입니다. 순수한 물질의 확인과 화학 혼합물의 분석을 통해 다른 모든 화학 분야에서 번성할 수 있습니다.