일반적으로 물질구조는 원자→분자→물질이라는 단계적 구성이 있다. 원자는 그 자체가 아니라 원자들이 조합된 분자라는 단위를 거쳐 물질을 형성한다. 물질을 상태에 따라 분류할 때 기체는 대부분 분자로 이루어져 있으며 액체나 고체는 이 분자들이 서로 결합한 형태다.

원자(原子)·분자(分子)

원자는 화학원소의 특성을 잃지 않는 범위에서 도달할 수 있는 물질의 기본적인 최소 입자이다. 현재 100종 남짓한 각 원소에 대하여 각각 대응하는 원자가 존재한다.

원자는 물질의 기본적인 단위이지만 물질을 구성하기 위해서는 다른 종 또는 같은 종의 원자가 결합해야 한다. 이렇게 원자가 결합된 것을 분자라고 한다. 예를 들어 물은 수소원자 2개와 산소원자 1개가 결합된 물분자를 단위로 하며 산소는 산소원자 2개가 결합된 산소의 분자로 구성된다.

원소기호

원소의 종류는 기호로 나타낸다. 수소는 H, 산소는 O, 탄소는 C, 질소는 N 등이다. 이들 기호는 각 원소를 나타내는 동시에 그 원소의 원자 1개를 의미한다. 또한 동위원소의 발견에 따라 기호의 왼쪽 위에 질량수를 표시해 동일한 원소명의 각 원자를 구별한다.

일반적으로 원소 이름의 머리글자 또는 철자 중에서 적당한 글자를 조합해 나타내며 세계 공통의 기호가 정해져 있다.

분자모형을 식으로

1854년 어느 날 밤 독일 과학자 케쿨레는 버스를 타고 이층 자리에 앉아 있었다. 잠시 잠이 들었는데 거기서 이상한 꿈을 꾸었다. 그의 눈앞에 원자가 여기저기 깡충깡충 뛰어다니고 있는 것이다. 2개의 원자가 결합해 짝을 만들고 있는 것과 큰 원자가 2개의 작은 원자를 끌어안고 있는 것, 더 큰 원자가 3개 또는 4개의 원자를 꼭 붙잡고 있는 것이 보였다.

전체가 눈이 아찔하게 빙빙 춤추면서 돌고 있는 사이에 큰 원자가 차례차례 이어져서 사슬을 만들고 이 사슬의 끝 쪽에서 작은 원자를 붙들고 있었다. 꿈에서 깬 그는 작은 원자는 결합선을 1개밖에 갖고 있지 않고 큰 원자는 선을 2개, 더 큰 원자는 선을 3, 4개를 갖고 있다는 것을 생각해 분자 모형을 만들었다.

분자모형 만들기

준비물 : 스티로폼 공(큰 것 2개, 작은 것 8개), 이쑤시개, 물감(파란색, 노란색), 붓, 스티로폼 판

1. 각각의 스티로폼 공에 이쑤시개를 꽂고 종이컵에 물감을 담는다.

2. 큰공은 파란색(탄소), 작은공은 노란색(수소)으로 칠한 뒤 완전히 말린다.

* 메탄분자 만들기

메탄분자는 탄소(C) 원자 1개에 수소(H) 원자 4개가 결합된 정사면체로 그 각이 109.5도이다.

3. 1개의 파란색 공(탄소)에 4개의 노란색 공(수소)을 이쑤시개를 이용해 꽂는다. 이 방법으로 메탄 분자를 2개 만든다.

* 에탄분자 만들기

에탄분자는 탄소(C) 원자 2개에 수소(H) 원자 6개가 결합돼 있다.

4. 2개의 메탄분자에서 각각 수소 1개씩을 빼고 탄소와 탄소를 연결해 에탄분자를 만든다.

/이정은 강사 · 부산대 생물정보학과 석사