화학식을 나타내는 방법
화학식을 나타내는 방법은 아래와 같이 크게 4가지로 분류할 수 있습니다.
1. 실험식 : 화합물 내에 각 원소의 종류와 수를 가장 간단한 정수비로 나타내는 식
2. 분자식 : 분자 내 각 원소의 실제 원자 수를 나타내는 식
3. 구조식 : 분자내 원자의 연결과 상대적인 위치를 나타내는 식
4. 시성식 : 작용기를 나타내는 식
실험식을 나타내는 방법
일반적으로 실험식은 분자식에서 가장 간단한 정수의 비로 나타낸 것으로 설명할 수 있는데요.
예를 들어, 어떤 특정 화합물이 있는데, 이 화합물의 몰 질량은 90.08 g/mol로 측정되었으며, 주요 원소들을 분석해보니, 40/0%의 탄소(C)와 6.71%의 수소(H), 그리고 53.3%의 산소(O)가 있는 것을 확인하였다면, 이 화합물의 실험식은 아래와 같이 구할 수 있습니다.
특정 화합물의 몰 질량을 100g이 있다고 가정하고, 질량 백분율을 그램으로 표현하면, 각각의 원소들의 몰 질량은 아래와 같습니다.
마찬가지로 수소와 산소의 몰질량을 구하면 각각, 6.71g H와 53.5g O가 나오게 됩니다.
이렇게 각각 구하게 된 각각의 원소들의 100g당 질량으로부터 양(mol)으로 환산하게 되면, 다음과 같습니다.
위의 순서대로 각 원소들의 양(mol)값은 각각 3.33 mol C의 탄소와 6.66 mol H의 수소, 그리고 3.33 mol O의 산소가 되므로, 이를 통한 화합물의 예비 화학식은 아래와 같은 형식으로 나타낼 수 있습니다.
그리고 이를 간단한 정수비로 나타내는 실험식으로 환산하면, CH2O로 표기할 수 있습니다.
분자식을 나타내는 방법
분자식은 특정 화합물의 원자의 종류와 수를 있는 그대로 표시하는 식으로써, 실험식으로부터 도출된 화합물의 구성 원소와 몰 질량을 통해 얻을 수 있습니다. 물(H2O)나, 암모니아(NH3)와같은 경우와 같이 실험식과 분자식이 동일한 경우도 있지만, 대부분의 경우의 분자식은 실험식의 정수배로 만들어집니다.
예를 들어 실험식의 예시로써 언급된 CH2O라는 실험식으로부터 90.08 g/mol이라는 몰 질량이 주어져있으므로, 분자식을 구하기 위해서는 정수비를 구하기 위해서는 정해진 몰 질량을 실험식량으로 나누면 됩니다.
참고로 여기서 실험식량이란 주어진 화합물들의 몰 질량의 합을 말합니다(C=12.02 + H = 1.008*2 + O = 16.0 = 30.03)
이렇게 구해진 정수 배수는 3이므로 앞에서 구한 실험식 CH2O의 각 원소들에 숫자에 3을 곱하면 아래와 같이 실험식이 구해지게 되며, 특정 화합물은 C3H6O3이라는 분자식을 지닌, 락트산(Lactic acid)라는 물질이라는 사실을 알게 되었습니다.
구조식을 표현하는 방법
구조식이란 분자의 구성 원자들의 결합의 모양이나 구조를 선 등과 같이 표현함으로써 원자의 연결과 상대적인 위치를 도형화하여 나타낸 식을 말하는 것으로, 위의 실험식과 분자식으로부터 알아낸 락트산의 구조식은 아래와 같이 표현됩니다.
시성식을 표현하는 방법
시성식이란 화합물의 성질을 밝히기 위해, 분자 내의 화학적 특성을 지배하는 작용기를 쉽게 알 수 있도록 나타낸 식입니다. 여기서 '작용기'라는 것은 유기화합물의 특성을 결정짓는데 역할을 하는 원자단을 뜻하는 것으로, '반응성에 의해 화합물을 계열별로 분류가 가능하도록 만들어주는 집단'을 뜻합니다.
락트산의 경우, 카복실산(Carboxylic acid)이라고 불리는 작용기를 갖고 있으며, 카복실산은 -COOH이라는 구조를 띄고 있으므로, 작용기를 포함하는 락트산의 시성식은 'CH3COOH'로 표현하게 되며, 작용기를 포함한 구조식은 아래와 같습니다.
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