화학식

화학식 (化學式, chemical formula)은 화학 물질을 구성하는 원소의 종류와 그 수를 나타내는 방법이다. 분자를 이루는 원자의 종류와 수를 간단한 기호와 숫자를 사용하여 나타내며, 물질의 성질을 이해하고 화학 반응을 예측하는 데 필수적인 도구이다. 화학식은 물질의 종류를 구별하고, 화학 반응식을 작성하는 데 사용된다.

화학식의 종류

화학식은 나타내는 정보의 양에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다.

• 실험식 (empirical formula): 물질을 구성하는 원소의 종류와 가장 간단한 정수비로 나타낸 식이다. 예를 들어, 포도당 (glucose)의 실험식은 CH₂O이다. 이는 포도당을 구성하는 탄소, 수소, 산소 원자의 수가 1:2:1의 비율로 존재한다는 것을 의미한다.

• 분자식 (molecular formula): 분자를 구성하는 원소의 종류와 실제 원자 수를 나타낸 식이다. 포도당의 분자식은 C₆H₁₂O₆이다. 실험식과 달리 실제 분자를 구성하는 원자의 수를 정확히 나타낸다.

• 구조식 (structural formula): 분자를 구성하는 원자의 연결 방식과 결합 정보를 나타내는 식이다. 분자식만으로는 알 수 없는 분자의 입체 구조를 파악하는 데 유용하다. 구조식은 선으로 원자 간의 결합을 나타내며, 때로는 입체 구조를 표현하기 위해 쐐기형 선이나 점선 등을 사용하기도 한다.

• 시성식 (rational formula): 분자 내의 특징적인 작용기를 나타내어 유기 화합물의 성질을 예측하는 데 사용되는 식이다. 에탄올의 시성식은 C₂H₅OH로, 알코올기 (-OH)를 명확하게 보여준다.

화학식의 표기법

화학식은 다음과 같은 규칙에 따라 표기한다.

• 원소 기호는 주기율표에 따른 대문자 또는 대소문자의 조합으로 나타낸다 (예: H, O, Na, Cl).
• 원소 기호 오른쪽 아래에 첨자로 원자의 수를 표기한다. 원자 수가 1개인 경우 생략한다 (예: H₂O, NaCl).
• 이온의 전하는 원소 기호 오른쪽 위에 첨자로 표기한다 (예: Na⁺, Cl⁻).
• 화합물의 화학식은 일반적으로 양이온을 먼저 쓰고 음이온을 나중에 쓴다 (예: NaCl, MgO).
• 다원자 이온은 괄호로 묶어 첨자를 표기한다 (예: (NH₄)₂SO₄).

화학식의 활용

화학식은 화학 분야에서 다양한 용도로 활용된다.

• 물질의 종류를 식별하고 분류하는 데 사용된다.
• 화학 반응식을 작성하고 화학 반응의 양적 관계를 계산하는 데 사용된다.
• 물질의 성질을 예측하고 분자 구조를 연구하는 데 사용된다.
• 화학 물질의 데이터베이스를 구축하고 관리하는 데 사용된다.