화학에서 원소란 무엇일까요?

모든 것은 원자로 이루어져 있습니다

책상부터 숨 쉬는 공기까지 주변의 모든 것은 원자라는 아주 작은 입자로 이루어져 있습니다. 원자는 보통 현미경으로도 볼 수 없을 만큼 작습니다.

원자에는 여러 종류가 있습니다. 원소는 모든 원자가 같은 종류인 물질입니다. 순수한 금덩이에는 금 원자만 들어 있고, 순수한 헬륨으로 채운 풍선에는 헬륨 원자만 들어 있습니다.

그렇다면 두 원자가 같은 종류라는 것은 무엇으로 정해질까요? 바로 양성자의 수입니다. 양성자는 모든 원자의 중심에 있는, 양전하를 띤 아주 작은 입자입니다. 모든 탄소 원자는 양성자가 6개이고 모든 산소 원자는 8개입니다. 이 수를 원자 번호라고 하며, 어떤 두 원소도 같은 원자 번호를 갖지 않습니다.

원소는 가장 간단한 물질입니다

원소를 녹이거나 얼리거나 자르거나 갈아도 여전히 같은 원소입니다. 녹은 금도 여전히 금입니다. 어떤 화학 반응으로도 원소를 더 간단한 물질로 나눌 수 없습니다.

물은 다릅니다. 화학자들은 전기를 이용해 물을 수소와 산소라는 두 기체로 분해할 수 있습니다. 이처럼 분해할 수 있으므로 물은 원소가 아닙니다. 수소와 산소는 더 이상 나눌 수 없으므로 원소입니다.

화합물: 결합한 원소들

화합물은 서로 다른 두 가지 이상의 원소의 원자가 화학 결합으로 결합할 때 만들어집니다. 물은 수소와 산소의 화합물입니다. 화학식 H₂O는 산소 원자 1개마다 수소 원자가 항상 2개씩 있음을 보여 줍니다.

화합물의 '조성'은 결코 변하지 않습니다. 빙하의 순수한 물이든 주전자의 순수한 물이든 2 대 1의 비율은 똑같습니다.

화합물은 그것을 이루는 원소와 완전히 다를 수 있습니다. 나트륨은 물 위에서 쉭쉭 소리를 내며 튀어 다니는 무르고 반짝이는 금속이고, 염소는 독성이 있는 황록색 기체입니다. 이 둘이 결합하면 음식에 뿌려 먹는 식탁용 소금인 염화 나트륨(NaCl)이 됩니다.

혼합물: 섞였지만 결합하지 않은 것

혼합물에서는 두 가지 이상의 물질이 섞여 있지만 화학적으로 결합하지는 않았습니다. 각 물질은 자기 고유의 성질을 유지하며 양은 달라질 수 있습니다. 차에 설탕을 조금 넣든 많이 넣든 여전히 달콤한 차입니다.

아무것도 결합하지 않았으므로 혼합물은 간단한 물리적 방법으로 분리할 수 있습니다. 자석으로 모래에서 쇳가루를 빼낼 수 있고, 거름종이로 물에서 모래를 걸러 낼 수 있으며, 소금물의 물을 끓여 날리면 소금이 남습니다.

공기도 혼합물입니다. 대부분 둘 다 원소인 질소와 산소이며, 여기에 소량의 아르곤, 이산화 탄소, 수증기가 섞여 있습니다.

구별하는 방법

세 가지를 물어보세요. 원자가 한 종류뿐인가요? 그렇다면 원소입니다. 서로 다른 원소가 일정한 비율로 결합해 있나요? 그렇다면 화합물입니다. 서로 다른 물질이 단순히 섞여 있고 쉽게 분리되나요? 그렇다면 혼합물입니다.

산소 기체(O₂)를 조심하세요. 원자들이 쌍으로 다니지만 각 쌍의 두 원자가 모두 산소이므로 산소 기체는 여전히 원소입니다. 이산화 탄소(CO₂)는 서로 다른 두 원소가 결합해 있으므로 화합물입니다.

알려진 118개의 원소 중 약 94개는 지구에서 자연적으로 발견되며, 일부는 극미량만 존재합니다. 나머지는 과학자들이 실험실에서 만들었습니다. 오가네손(118)을 포함한 가장 최근의 네 원소는 2016년에 이름이 붙었습니다.