벌크 화학 공정, 특히 열전달과 관련하여 대량 화학 공정의 감시와 제어는 보통 화학자와 화학 공학자들이 다루는 문제입니다. 또한 대량 화학 생산자들에게는 부산물의 처리가 주요한 문제입니다. 산업 화학의 이러한 과제들과 다른 과제들은 위에서 논의한 화학의 더 순수하게 지적인 학문들과 구별됩니다. 그러나 화학 산업 내에서는 전통적인 전문 분야에서 수행되는 상당한 양의 기초 연구가 있습니다. 대부분의 대형 화학 회사들은 연구 개발 능력을 가지고 있습니다. 예를 들어 제약 회사들은 화학자들이 분자의 약리 작용을 시험하는 대규모 연구 실험실을 운영합니다. 이러한 실험실에서 발견되는 새로운 제품과 공정은 종종 특허를 받고 연구 자금을 지원하는 회사의 수익원이 됩니다. 화학 산업에서 수행되는 많은 연구를 응용 연구라고 부를 수 있는데, 그 목적은 해당 회사의 제품과 공정과 밀접하게 관련되어 있기 때문입니다. 새로운 기술은 종종 많은 화학적 전문 지식을 필요로 합니다. 예를 들어 전자 미세 회로의 제작은 처음부터 끝까지 거의 100개의 개별 화학 단계를 포함합니다. 따라서 화학 산업은 현대 세계의 기술 발전에 따라 진화하며 동시에 종종 진보 속도에 기여합니다. 화학의 방법론: 화학은 상당 부분 누적된 과학입니다. 시간이 지남에 따라 연구되는 관찰과 현상의 수와 정도가 증가합니다. 그러나 모든 가설과 발견이 무난히 견뎌낼 수 있는 것은 아닙니다. 그중 일부는 새로운 관찰이나 더 만족스러운 설명이 나타나면서 폐기됩니다. 그럼에도 화학은 오랜 세월을 견디고 확장되어 온 화학 현상에 대해 광범위한 설명 모델을 가지고 있습니다. 이것들은 이제 관찰된 현상과 잘 관련되는 상호 연결된 일련의 설명 장치인 이론의 지위를 갖게 되었습니다. 새로운 발견이 이루어지면서 가능하면 기존 이론에 포함됩니다. 그러나 1986년에 발견된 고온 초전도체가 보여주듯이, 인정된 이론은 결코 미래의 발견 방향을 예측하기에 충분하지 않습니다. 세렌디피티, 즉 우연의 발견은 이론적 정교함만큼 앞으로도 계속해서 중요한 역할을 할 것입니다. 분자구조에 관한 연구: 물질의 화학적 성질은 물질 구조의 함수이며, X선 결정학의 기술은 복잡한 분자의 정확한 원자 배열을 화학자들이 결정할 수 있게 해줍니다. 분자는 원자들의 질서 정연한 집합체입니다. 분자 내의 각 원자는 하나 이상의 이웃 원자들과 화학적 결합으로 연결되어 있습니다. 결합의 길이와 인접한 결합 사이의 각도는 모두 분자 구조를 설명하는 데 중요하며, 화학적 결합에 대한 종합적인 이론은 현대 화학의 주요 업적 중 하나입니다. 원자-분자 개념은 결합 이론의 기본 원리입니다. 원자와 원소: 일반적인 화학에 관한 한 원자는 양성자, 중성자, 전자의 세 가지 기본 입자로 구성되어 있습니다. 양성자와 중성자는 그 자체로 더 작은 단위로 구성되어 있지만, 그 하부 구조는 화학적 변환에 거의 영향을 미치지 않습니다. 앞 절에서 설명했듯이, 양성자는 +1의 전하를 지니고 있고, 원자핵 안에 있는 양성자의 수는 한 종류의 화학 원자를 다른 종류의 원자와 구별시킵니다. 가장 간단한 원자인 수소는 단일 양성자로 구성된 핵을 가지고 있습니다. 중성자는 양성자와 거의 같은 질량을 가지고 있지만 전하는 가지고 있지 않습니다. 중성자는 수소를 제외한 모든 원자의 핵 안에 양성자와 함께 들어 있습니다. 핵 안에 양성자와 중성자가 하나 있는 원자를 중수소라고 합니다. 중수소는 오직 하나의 양성자만 가지고 있기 때문에 수소와 같은 화학적 성질을 보이지만 다른 질량을 가지고 있습니다. 수소와 중수소는 동위원소라고 불리는 관련 원자의 예입니다. 세 번째 원자 입자인 전자는 -1의 전하를 가지고 있지만 질량은 양성자보다 1,836배 작습니다. 전자는 오비탈이라고 불리는 핵 바깥의 공간 영역을 차지합니다. 어떤 오비탈은 핵의 중심에 있는 구형입니다. 전자는 질량이 너무 적고 빛의 절반에 가까운 속도로 이동하기 때문에 빛의 광자와 같은 파동-입자 이중성을 나타냅니다. 이것은 전자가 입자라고 생각함으로써 전자의 어떤 특성들은 가장 잘 설명되고 다른 특성들은 정상파의 행동과 일치한다는 것을 의미합니다. 진동하는 끈과 같은 정상파의 에너지는 두 고정된 끝과 위아래 진동 극단으로 정의되는 공간 영역에 걸쳐 분포되어 있습니다. 이러한 파동은 입자처럼 고정된 공간 영역에 존재하지 않습니다. 초기의 원자 구조 모델은 전자를 핵 주위를 도는 입자로 생각했지만, 현재는 전자 오비탈이 파동함수라고 불리는 정상파가 차지하는 공간 영역으로 해석됩니다. 이 파동함수들은 전자를 발견할 확률이 높은 핵 주변의 공간 영역을 나타냅니다. 나중에 논의하겠지만, 이들은 결합이론에서 중요한 역할을 합니다. 원자핵의 각 양성자는 전기적 중성을 위해 전자를 필요로 합니다. 따라서 핵 안의 양성자 수가 증가하면 전자의 수도 증가합니다. 전자는 단독으로 또는 쌍으로 핵에서 점점 더 멀리 떨어진 궤도를 차지합니다. 핵에서 멀리 떨어진 전자는 핵 안의 양성자에 의해 덜 강하게 끌리게 되고, 원자에서 더 쉽게 제거될 수 있습니다. 전자가 한 궤도에서 다른 궤도로 이동하거나 한 궤도에서 자유 공간으로 이동하는 데 필요한 에너지는 궤도의 에너지 준위를 측정합니다. 이 에너지들은 서로 다른 고정된 값을 가지고 있는 것으로 밝혀졌고, 양자화되었다고 합니다. 궤도 사이의 에너지 차이로 인해 각 화학 원자에 고유한 빛의 흡수 또는 방출의 특징적인 패턴이 나타납니다.
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