화학식(化學式, chemical formula)은 특정한 화합물을 구성하고 있는 원자의 종류와 개수를 원소 기호와 숫자를 이용하여 나타낸 식이다. 물질의 구성 성분과 그 결합 관계를 간결하게 표현하는 방법으로, 화학에서 가장 기본적인 표기법 중 하나이다.
개요
화학식은 물질에 들어 있는 성분 원소의 종류와 원자 수를 원소 기호와 아라비아 숫자로 나타낸다. 원자가 1개일 때는 숫자를 생략하며, 2개 이상일 때는 원소 기호의 오른쪽 아래에 작은 숫자(아래첨자)로 표기한다. 예를 들어, 물(H₂O)은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어져 있음을 나타낸다.
화학식을 적는 방법은 19세기 스웨덴의 화학자 옌스 야코브 베르셀리우스(Jöns Jacob Berzelius)가 고안하였다.
화학식의 종류
화학식은 표현하는 정보의 수준에 따라 여러 가지로 나뉜다.
분자식 (分子式, molecular formula)
분자를 구성하는 원자의 종류와 실제 개수를 나타낸 화학식이다. 모든 분자성(공유결합) 물질의 실제 화학식으로 사용된다.
- 예) 메테인: CH₄, 포도당: C₆H₁₂O₆, 과산화 수소: H₂O₂
실험식 (實驗式, empirical formula)
화합물을 구성하는 원자의 종류를 가장 간단한 정수비로 나타낸 화학식이다. 조성식이라고도 하며, 원소 분석을 통해 가장 먼저 구해지는 식이다. 이온 결합 화합물이나 거대 분자(SiO₂ 등)의 화학식을 나타낼 때 주로 사용된다.
- 예) 과산화 수소(H₂O₂)의 실험식: HO
- 예) 에탄(C₂H₆)의 실험식: CH₃
- 예) 염화 나트륨: NaCl (이온 결합 화합물이므로 화학식 = 실험식)
구조식 (構造式, structural formula)
원자는 원소 기호로, 원자 사이의 결합은 선(—)으로 나타내어 분자 내 원자들의 결합 상태와 배열 순서를 도식적으로 표현한 화학식이다.
- 예) 물: H–O–H
- 예) 에텐(에틸렌): H₂C=CH₂ (이중결합 표시)
시성식 (示性式, rational formula)
분자식과 구조식을 절충한 화학식으로, 화합물의 성질을 결정짓는 작용기를 기준으로 표현한다. 구조식의 정보를 문자로 간단히 나타낸 형태이다.
- 예) 아세트산: CH₃COOH (메틸기 CH₃와 카복시기 COOH로 표현)
- 예) 에탄올: CH₃CH₂OH
특수 표기법
이온의 표기
이온의 전하는 원소 기호 오른쪽 위에 위첨자로 표기한다.
- 예) 나트륨 이온: Na⁺, 구리 이온: Cu²⁺, 황산 이온: SO₄²⁻
- 다원자 이온의 경우 대괄호를 사용: [Co(NH₃)₆]³⁺
동위 원소의 표기
동위 원소는 원소 기호의 왼쪽 위에 질량수를 위첨자로 표기한다.
- 예) 질량수 32의 인: ³²P
중합체의 표기
반복되는 원자단은 괄호를 씌우고 반복 횟수를 표기한다. 반복 횟수가 일정하지 않을 경우 문자 n을 사용한다.
- 예) CH₃(CH₂)₅₀CH₃, CH₃(CH₂)ₙCH₃
갇힌 원자의 표기
@ 기호는 어떤 원자나 분자가 화학적으로 결합되지 않았으나 다른 분자에 의해 갇혀 있음을 의미한다. 1990년대 풀러렌 발견 이후 널리 사용되었다.
- 예) La@C₆₀ (풀러렌 속에 란타넘이 갇힌 구조)
비화학량론적 화합물
정수로 구성 비율을 나타낼 수 없는 경우 실수나 변수를 사용한다.
- 예) Fe₀.₉₅O, Fe₁₋ₓO
힐 방식 (Hill system)
화학식을 적을 때 탄소(C)를 먼저, 그다음 수소(H), 나머지 원소는 알파벳순으로 적는 방식이다. 탄소가 없으면 수소를 포함한 모든 원소를 알파벳순으로 적는다.
- 예) 브로모에테인: C₂H₅Br
같이 보기
- 원소 기호
- 분자식
- 실험식
- 구조식
- 화학 반응식
- 주기율표
