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화학은 순수 원소와 화합물의 성질, 그리고 그 작용을 지배하는 자연 법칙을 다루는 과학 분야다.
화학은 방대한 학문으로, 사물의 계층 구조에서 물리학과 생물학의 중간쯤에 위치한다. 세부 연구 분야로는 천연화학, 합성화학, 무기화학, 유기화학, 생화학, 화학공학, 분자화학, 양자역학화학, 그리고 매우 중요한 나노화학 등이 있다. 다루는 주제로는 각종 화학 결합(자연 물질 및 이색 물질 모두), 물질의 상변화, 평형·비평형 열역학, 연소, 화학 반응 속도와 평형, 물질의 화학 분석과 구조, 산·염·효소·고분자·유기화합물·금속·유사금속·슈퍼원자 등 자연 및 인공 물질의 연구·합성·분석, 그리고 마그매터와 같은 이색 물질로 이루어진 유사 구조물 연구가 포함된다.
하위 주제
문서
나노기술 기계화학을 통해 탄소-탄소 결합을 정밀하게 배열한 탄소 동소체 혼합물이다. 표준 다이아몬드이드보다 경도·인성·유연성이 뛰어나다.
무색의 자극적이고 부식성 강한 기체 NH3로, 조악한 유기생물체 제조 및 다양한 질소 함유 유기·무기 제품과 화학물질 생산에 광범위하게 사용된다. 일부 목성형 행성의 대기에서 중요한 성분을 이룬다.
버크민스터풀러렌의 약칭으로, 풀러렌이라 불리는 더 큰 분자군에 속하는 탄소의 세 번째 형태다. 다수의 탄소 원자로 이루어진 대략 구형의 분자 총칭이다. 가장 작고 흔한 형태인 C60은 탄소 원자 60개가 축구공 모양으로 배열되어 있으며, 다양한 변형체가 존재한다. 원자력 시대의 선구적 사상가이자 발명가인 R. 버크민스터 풀러의 건축 설계에서 이름을 따왔다.
원료를 바이오플라스토이드, 합성 석유 제품, 단순(거시 규모) 세제, 플라스틱, 천연·합성 연료, 의약품, 풀러렌, 인쇄용 종이, 산업용 화학물질 등 최종 제품으로 변환하는 거시·미시·메조·나노 규모의 화학 공정을 다루는 분야다. 대부분의 제품은 가정용 나노팹으로 손쉽게 합성할 수 있지만, 대형 화학 플랜트에서 대량 생산하는 데는 여전히 화학공학이 중요하다.
화학에서, 두 원자가 하나 이상의 전자쌍을 공유하는 결합.
저온을 다루는 과학 및 기술.
단일 종류의 원자로만 이루어진 화학적 순수 물질.
더 단순한 시스템에서 더 복잡한 시스템이 생겨나는 과정이다. 창발은 예측 불가능하며, 하위 수준의 행동만으로는 직접 도출할 수 없다. 더 복잡한 시스템의 성질과 행동은 보통 그 구성 요소만으로는 정의되지 않는다. 예를 들어, 나노생태계의 조직은 개별 나노봇 하나가 아니라 나노봇들의 하위 수준 행동 간 상호작용에서 창발한다고 본다. 이 개념은 화학에서 생물학, 심리학, 사회과학에 이르기까지 다양한 분야에 적용된다.
원자나 분자가 방출하는, 밝은 선들로 이루어진 불연속 스펙트럼이다. 화학 원소와 화합물마다 고유한 방출 스펙트럼을 가진다.
모든 전자가 가능한 최저 에너지 준위에 있지 않은 원자 또는 분자의 상태. 바닥 상태와 대비된다.
탄소만으로 이루어진 분자로, 결정을 형성하는 흑연·다이아몬드 같은 탄소 형태나 그을음 같은 비정질 탄소와 달리 속이 빈 구형, 타원형, 또는 관형 구조를 이룬다.
밀도가 낮고 압축·팽창이 쉬우며, 더 큰 용기에 넣으면 자발적으로 퍼지는 물질의 상태다. 원자나 분자 사이의 간격이 넓고 자유롭게 움직인다.
암석, 광물, 마그마, 해수, 토양에서 일어나는 물질과 화학 반응을 연구하는 학문.
원자 또는 분자의 최저 에너지 상태다. 원자가 바닥 상태에 있을 때 전자는 높은 에너지 오비탈을 채우기 전에 낮은 에너지 오비탈을 완전히 채우며, 부껍질도 순서대로 채운다. 바닥 상태는 운동에도 적용될 수 있으며, 분자의 진동·회전·병진 상태를 가리키기도 한다. 들뜬 상태와 대비된다.
[1] 분자에 특징적인 화학적 성질을 부여하는 부분 구조. 예를 들면 카르복실산기가 있다.
[2] 주기율표의 세로 열. 예를 들면 할로젠족이 있다. 같은 족에 속하는 원소들은 보통 유사한 화학적 성질을 보이지만, 족의 맨 위에 있는 원소는 대개 예외적인 특성을 지닌다.
자연에서 생성되는 원자 원소 중 두 번째로 가벼운 원소이며, 우주에서 수소 다음으로 가장 흔하다.
우주에서 가장 가볍고 가장 흔한 원소다. 일반적인 수소 원자는 양성자 하나와 전자 하나만으로 이루어진다. 훨씬 드물고 방사성인 동위원소인 중수소는 중성자를 하나 더 가지며, 더욱 희귀하고 방사성인 삼중수소는 중성자가 두 개다. 수소는 별, 가스 거성의 대기, 성간 기체 매질 속에 대량으로 존재한다. 우주의 모든 일반 물질 중 약 4분의 3이 수소다.
전하가 고르지 않게 분포된 두 극성 분자 사이의 강한 정전기적 인력이다. 이러한 분자에는 보통 질소, 산소, 플루오린처럼 전기음성도가 큰 원자가 포함되어 있다. 이 원자들은 전자를 강하게 끌어당기고, 수소 원자는 이들 사이에서 다리 역할을 한다. 수소 원자는 전기음성 원자 하나와 공유 결합을 이루고, 같은 분자 또는 다른 분자 내의 또 다른 전기음성 원자와는 정전기적 결합을 형성한다. 수소 결합은 분자 생물학, 바이오메조테크, 바이오나노테크에서 중요한 역할을 한다. 물 분자끼리 서로 달라붙는 것도, 얼음의 구조도 수소 결합 덕분이다. 이온 결합이나 공유 결합보다는 약하지만, 다른 분자 간 결합보다는 강하다.
반대 전하를 가진 이온 사이의 인력으로 형성되는 화학 결합이다. 나트륨 같은 금속 원소의 원자는 바깥쪽 전자를 쉽게 잃어 양이온이 되고, 염소 같은 비금속 원소의 원자는 전자를 쉽게 얻어 음이온이 된다. 이 두 안정된 이온이 결합하면 안정된 분자나 결정이 만들어진다. 염화나트륨(식염)처럼 이온 결정에는 독립적인 이원자 분자가 존재하지 않으며, 결정 전체가 하나의 거대한 분자처럼 작용한다.
같은 원소의 다른 원자와 중성자 수가 달라 원자량이 다른 원자다. 각 원소는 여러 동위원소 형태를 가질 수 있지만, 자연 상태에서 안정적인 것은 몇 가지에 불과하다.
은백색의 무른 금속 원소로, 모든 금속 중 가장 가벼우며 특정 광물 속에 화합물 형태로 존재한다. 기호: Li, 원자량 6.939. 반물질(Amat) 버전은 산업계와 함선 추진에 널리 쓰인다. 반리튬은 금속이므로 전류를 통해 전자기적 성질을 부여하기 쉽고, 강한 자기장으로도 조작이 가능하다. 리튬 자체는 상자성체가 아니지만, 약한 반자성으로도 충분히 강한 자기장 안에서 부유 상태를 유지할 수 있다.
합금, 세라믹, 복합재료, 젤, 멤브레인, 고분자, 합성 소재, 생물학적 소재, 그리고 완전히 새로운 나노 소재에 이르기까지 다양한 물질의 성질과 응용을 연구하는 학문이다. 거시, 마이크로, 나노, 피코 규모를 모두 아우른다.
순수 금속의 결정 구조를 형성하는 화학 결합이다. 모든 원자의 원자가 전자가 결정 내 원자들 전체에 의해 공유된다. 전자들은 고정된 양이온 격자 안을 자유롭게 이동하는 기체처럼 행동한다. 이 뛰어난 전자 이동성 덕분에 금속은 열전도율과 전기전도율이 매우 높다.
금속의 성질과 가공을 연구하고 완전히 새로운 합금을 개발하는 학문이다.
(CH4) 무색무취의 가연성 기체로, 여러 에오가이안, 원금성형(Eovenusian), 목성형(Jovian) 세계의 대기에서 중요한 성분을 이룬다.
공유 전자 구름으로 결합된 두 개 이상의 일반 물질 원자가 화학 결합을 이룬 것이다. 일부 용법에서는 이국적 물질의 유사한 배열을 가리키기도 한다.
환경 속의 자연 미생물로는 분해되지 않는 소재다. 이를 분해하거나 재활용하려면 전용 바이오나노나 하일로나노, 또는 이를 활용하는 인공 유기체가 필요하다.
유기 화학 화합물에는 알코올, 알데하이드, 케톤, 카르복실산, 탄수화물, 지질, 단백질 등이 포함된다. 이들은 탄소 기반 생명체에 필수적이며, 바이오나노에도 활용된다. 알려진 유기 화합물의 종류는 무수히 많고, 새로 합성되거나 만들어지는 것도 계속 늘어나고 있다. 유기 화학 항목도 참조할 것.
화학 원소를 원자 번호 순서로 배열한 표다. 각 가로줄(주기)은 전자의 양자 껍질이 채워지는 과정에 대응하며, 성질이 유사한 원소들은 같은 세로 열에 배치된다.
고체의 성질을 가지면서도 압력 하에서 흐를 수 있는 물질의 특성이다. 대형 지구형 행성의 맨틀 일부 층은 소성 변형이 가능하다.
전기 또는 광자 전도성 나노구조 복합 필름과 나노섬유의 표면에 통합되는 가변 양자점 배열이다. 다양한 광학적·전기적 특성을 지닌 표면과 복합재를 구현할 수 있다.
우주는 거의 전부 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 그러나 별의 핵반응이 만들어낸 불순물들이 지적 생명체를 가능하게 했으며, 원소의 상대적 자연 존재비는 지금도 생물학, 기술, 사회의 진화를 형성하고 있다.
양성자 수가 112를 초과하고 반감기가 최소 1년 이상인 초중량 핵종이다.
하일로나노("건식", 즉 무기 나노기술)와 바이오나노("습식", 즉 유기 나노기술)를 통합한 나노기술이다.
유독하거나 대사적으로 유해한 화학물질이 테라젠 및 외계 바이온트에 미치는 부작용을 연구하는 학문이다. 독성학자들은 다양한 독소와 그 증상·영향·치료법에 정통한 전문가들이다. 이들은 생리학, 생화학, 분자 생물학, 면역학, 약리학, 외계생물학, 바이오나노기술, 나노파지스틱스 등 여러 분야에서 축적·증강된 지식, 기술, 데이터베이스, 전문가 시스템을 활용한다.
질량수(핵자수) 3의 방사성 수소 동위원소다. 반감기는 12.5년이며, 원자핵에 양성자 1개와 중성자 2개가 들어 있다. 삼중수소는 핵융합 반응기와 핵융합 기반 행성 간 우주선에 널리 쓰인다.
개발 노트
글: M. Alan Kazlev
Robert J. Hall의 원고를 바탕으로 수정
최초 게시일: 2001년 9월 24일.
Robert J. Hall의 원고를 바탕으로 수정
최초 게시일: 2001년 9월 24일.
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