화학 물질

Chemical substance
"화학적"은 여기서 방향을 바꾼다.다른 용도는 화학(동음이의)을 참조하십시오.
증기와 액체는 같은 화학 물질인 물이라는 두 가지 다른 형태의 물질이다.

화학 물질은 일정한 화학적 구성과 특성 성질을 가진 물질의 한 형태다.[1][2]일부 참고문헌은 물리적 분리 방법, 즉 화학적 결합을 깨뜨리지 않고서는 화학 물질을 구성 요소로 분리할 수 없다고 덧붙인다.[3]화학 물질은 단순한 물질,[4] 화학 화합물 또는 합금이 될 수 있다.화학 원소는 전문가 관점에 따라 정의에 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있다.[citation needed]

화학 물질은 종종 혼합물과 구별하기 위해 '순수'라고 불린다.화학 물질의 일반적인 예는 순수한 물이다; 그것은 강에서 격리되어 있든 실험실에서 만들어졌든 산소에 대한 수소의 동일한 성질과 동일한 비율을 가지고 있다.그 밖에 순수한 형태로 흔히 접하는 화학 물질로는 다이아몬드(탄소), 금, 식탁용 소금(염화나트륨), 정제당(수크로스) 등이 있다.그러나 실제로는 어떤 물질도 완전히 순수하지 않으며, 화학적 순도는 의도된 화학적 용도에 따라 명시된다.

화학 물질은 고체, 액체, 가스 또는 플라즈마로 존재하며, 온도나 압력, 시간의 변화에 따라 물질의 이러한 단계 사이에 변화할 수 있다.화학 물질은 화학 반응을 통해 결합되거나 다른 물질로 변환될 수 있다.

정의

다른 용매에 있는 단일 화학 물질(닐 레드)의 색상으로, 가시광선 및 UV광 아래에서 화학 물질이 용매 환경과 동적으로 상호작용하는 방식을 보여준다.

화학 물질은 입문 일반 화학 교과서에서 "화학 구성이 확실한 모든 물질"로 정의될 수 있다.[5]이 정의에 따르면 화학 물질은 순수한 화학 원소 또는 순수한 화학 화합물이 될 수 있다.그러나, 이 정의에는 예외가 있다; 순수한 물질은 또한 명확한 구성과 뚜렷한 성질을 가진 물질의 한 형태로 정의될 수 있다.[6]CAS가 발표한 화학 물질 지수에도 불확실한 성분 합금이 여러 개 포함되어 있다.[7]비스토이치계 화합물은 (무기화학에서) 일정한 구성의 법칙을 위반하는 특수한 경우로서, 그들에게는 팔라듐 하이드라이드의 경우처럼 혼합물과 화합물의 선을 긋기 어려운 경우가 있다.예를 들어, 화학 물질 또는 화학 물질에 대한 보다 광범위한 정의는 다음과 같다. "화학 물질"이란 용어는 화학 반응의 결과 또는 자연에서 발생하는 전체 또는 부분적으로 그러한 물질의 조합을 포함하여 특정 분자 정체성의 유기 또는 무기 물질을 의미한다.[8]

지질학에서 균일한 구성의 물질을 광물이라고 하는 반면, 여러 광물(다양한 물질)의 물리적 혼합물(aggregate)은 암석으로 정의된다.그러나 많은 광물들은 서로 고체 용액으로 용해되는데, 이는 기압학 용어로 혼합된 것이긴 하지만 단일 암석이 균일한 물질이라는 것이다.장석은 일반적인 예로서, 아노클라아제는 알칼리 알루미늄 규산염으로, 알칼리 금속은 나트륨이나 칼륨을 서로 교환할 수 있다.

법률에서 "화학 물질"은 순수한 물질과 정의된 구성 또는 제조 공정을 포함하는 혼합물을 포함할 수 있다.예를 들어, EU 규정 REACH는 "단축성 물질", "다중성 물질" 및 "알 수 없거나 가변적인 구성의 부수물"을 정의한다.후자의 두 가지는 여러 화학 물질로 구성되지만, 이들의 정체성은 직접 화학적 분석이나 단일 제조 공정에 의해 확립될 수 있다.예를 들어, 숯은 매우 복잡하고 부분적으로 고분자 혼합물로 제조 공정에 의해 정의될 수 있다.따라서 정확한 화학적 정체성은 알 수 없지만 충분한 정확도로 식별할 수 있다.CAS 지수에는 혼합물도 포함된다.

중합체는 거의 항상 여러 개의 어금니 질량의 분자 혼합물로 나타나는데, 각각은 별도의 화학 물질로 간주될 수 있다.그러나 폴리머는 알려진 전구체 또는 반응과 어금니 질량 분포에 의해 정의될 수 있다.예를 들어 폴리에틸렌은 -CH-반복2 단위의 매우 긴 체인을 혼합한 것으로, 일반적으로 LDPE, MDPE, HDPE, UHMWPE 등의 여러 어금니 질량 분포로 판매된다.

역사

"화학 물질"의 개념은 화학자 조셉 프루스트가 기초 구리 탄산염과 같은 일부 순수 화학 화합물의 구성에 대해 연구한 후 18세기 후반에 확고하게 자리잡았다.[9]그는 "화합물의 모든 표본은 동일한 구성을 가지고 있다. 즉, 모든 표본은 화합물에 존재하는 원소의 비율(질량 기준)이 같다"고 추론했다.이것은 현재 끊임없는 구성의 법칙으로 알려져 있다.[10]후에 화학 합성을 위한 방법의 진보, 특히 유기 화학의 영역에서; 원소와 화합물을 현대 화학의 확립으로 이끈 화학물질로부터 분리하고 정화하는데 사용되는 분석 화학의 영역에서 더 많은 화학 원소들과 새로운 기술의 발견, 그 개념.대부분의 화학 교과서에서 발견되는 대로 정의되었다.그러나 화학 문헌에 보고된 많은 수의 화학 물질에 대한 색인이 필요하기 때문에 이 정의와 관련하여 일부 논란이 있다.

이소머리즘은 초기 연구자들에게 많은 경악을 불러일으켰는데, 이소머는 정확히 같은 구성을 가지고 있지만 원자의 구성(정렬)은 다르기 때문이다.예를 들어, 정확한 구조가 프리드리히 아우구스트 케쿨레에 의해 설명되기 전까지는 벤젠의 화학적 정체성에 대한 많은 추측이 있었다.마찬가지로, 원자는 견고한 3차원 구조를 가지고 있고 따라서 3차원 배열에서만 다른 등가물을 형성할 수 있다는 입체적 개념은 구별되는 화학 물질의 개념을 이해하는 데 있어 또 다른 중요한 단계였다.예를 들어, 타르타르산은 세 개의 뚜렷한 이소머를 가지고 있는데, 한 쌍의 이소머가 두 개의 에나토머를 형성하고 있다.

화학 원소

토종 황 결정체.유황은 자연적으로 원소 유황, 황화 및 황산염 광물, 황화수소 등에서 발생한다.
주요 기사:화학원소
참고 항목:원소 목록

원소는 특정 종류의 원자로 이루어진 화학 물질로, 핵 반응을 통해 다른 원소로 변환될 수 있지만 화학 반응에 의해 다른 원소로 분해되거나 변형될 수 없다.이것은 원소 표본에 있는 모든 원자들이 비록 동위원소는 다르지만 중성자의 수는 다르지만 양성자의 수는 모두 같기 때문이다.

2019년 현재 알려진 원소는 118개로 이 중 약 80개가 안정적이다. 즉 방사능 붕괴에 의해 다른 원소로 바뀌지 않는다.어떤 원소는 단일 화학 물질(알로트로프) 이상으로 발생할 수 있다.예를 들어, 산소는 이원자 산소(O2)와 오존(O3) 둘 다로 존재한다.원소의 대다수는 금속으로 분류된다.이것들은 철, 구리, 금과 같은 독특한 광채를 가진 원소들이다.금속은 전형적으로 전기와 열을 잘 전도하며, 유연성과 유연성이 있다.[11]탄소, 질소, 산소와 같은 [12]약 12개의 원소가 비금속 물질로 분류된다.비금속은 위에서 설명한 금속성이 결여되어 있으며, 또한 높은 전기자극성과 음이온을 형성하는 경향을 가지고 있다.실리콘과 같은 특정 원소는 금속을 닮기도 하고 비금속과 닮기도 하며, 메탈로이드로 알려져 있다.

화학 화합물

페리카니드 칼륨은 칼륨, 철, 탄소, 질소의 화합물로 시안 음이온을 함유하고 있지만 방출하지 않고 독성이 없다.
주요 기사:화학 화합물
참고 항목:유기화합물 목록과 무기화합물 목록

화학 화합물은 특정 원자나 이온 집합으로 구성된 화학 물질이다.화학적 반응을 통해 두 개 이상의 원소가 한 물질로 결합되어 화학적 화합물을 형성한다.모든 화합물이 물질이지만 모든 물질이 화합물은 아니다.

화학적 화합물은 분자 또는 결정체에서 서로 결합되는 원자, 또는 원자, 분자 또는 이온이 결정체 격자를 형성하는 결정체일 수 있다.주로 탄소 원자와 수소 원자에 기반을 둔 화합물을 유기 화합물이라고 하며, 그 외 모든 것을 무기 화합물이라고 한다.탄소와 금속 사이의 결합을 포함하는 화합물을 유기농 화합물이라고 부른다.

성분이 전자를 공유하는 화합물을 공발효 화합물이라고 한다.반대로 충전된 이온으로 구성된 화합물은 이온화합물, 즉 소금으로 알려져 있다.

조정 콤플렉스는 데이터 결합이 공동 결합이나 이온 결합 없이 물질을 함께 유지하는 화합물이다.조정 콤플렉스는 단순한 혼합물과는 다른 특성을 가진 구별되는 물질이다.전형적으로 이것들은 중앙에 구리 이온과 같은 금속을 가지고 있고, 암모니아 분자의 질소나 물 분자의 물 속의 산소와 같은 비금속 원자는 금속 중심에 대한 데이터 결합을 형성한다(예: 테트라암미네코퍼(tetraamminecoper)).II) 황산염 [Cu(NH3)]4소4·호2. 금속은 "금속 중심"으로 알려져 있으며, 중심에 맞춰 조정되는 물질을 "리간드"라고 부른다.그러나, 루이스 산성이 높지만 비금속 보론 중심이 "금속"의 역할을 하는 붕소 삼불화 에테르산 BFOEt에서32 예시하듯, 중심은 금속이 될 필요가 없다.리간드가 여러 개의 원자로 금속 중심에 결합하면 이 콤플렉스를 킬레이트라고 부른다.

유기화학에서는 성분과 분자량이 같은 화학 화합물이 둘 이상 있을 수 있다.일반적으로, 이것들은 이소머라고 불린다.이소머는 일반적으로 화학적 특성이 상당히 다르며, 종종 자연적으로 상호 작용하지 않고 분리될 수 있다.일반적인 예는 포도당 대 과당이다.전자는 알데히드, 후자는 케톤이다.이들의 상호변환에는 효소성 또는 산성 염기 촉매제가 필요하다.

단, tautomer는 예외로 한다. 이등분화는 정상적인 조건에서 자연적으로 발생하여 순수한 물질이 tautomer로 분리될 수 없다. 이러한 물질은 분광학적으로 식별될 수 있거나 특별한 조건에서 격리될 수 있다.흔히 볼 수 있는 예로는 포도당이 있는데, 포도당은 오픈체인(open-chain)과 링 형태가 있다.포도당이 헤미아세트 형태로 자연적으로 순환하기 때문에 순수한 오픈 체인 포도당을 제조할 수 없다.

물질 대 혼합물

크랜베리 글라스는 균질하게 나타나면서도 직경 약 40nm의 유리와 금 콜로이드 입자로 구성된 혼합물로서 붉은색을 띤다.
주요기사 : 혼합물

모든 물질은 다양한 원소와 화학 화합물로 이루어져 있지만, 이것들은 종종 밀접하게 혼합된다.혼합물은 둘 이상의 화학 물질을 함유하고 있으며, 일정한 성질을 가지고 있지 않다.원칙적으로 순수하게 기계적 공정에 의해 성분 물질로 분리될 수 있다.버터, 흙, 목재는 혼합물의 일반적인 예들이다.

회색 철금속과 황황은 둘 다 화학 원소로 어떤 비율로든 함께 섞어서 황회색 혼합물을 만들 수 있다.화학적 공정이 일어나지 않으며, 자석을 이용하여 유황으로부터 철을 유인하는 등 기계적인 공정에 의해 유황과 철을 분리할 수 있다는 사실만으로 그 물질은 혼합물로 식별할 수 있다.

이와는 대조적으로 철과 황을 일정한 비율(황 원자당 1원자 또는 무게당 56g(1 mol)의 철을 32g(1 mol)의 황으로 가열하면 화학반응이 일어나 새로운 물질이 형성되는 복합철(complex iron)이 발생한다.II) 화학 공식 FeS를 포함한 황화물.결과 화합물은 화학 물질의 모든 성질을 가지며 혼합물이 아니다.철(II)황화물은 용해점, 용해성 등 고유한 특성이 있으며, 두 원소는 정상적인 기계적 공정을 사용하여 분리할 수 없다. 화합물에 금속 철이 없기 때문에 자석은 철을 회수할 수 없을 것이다.

화학 물질 대 화학 물질

졸업된 실린더와 비커에 있는 화학 물질.

는 화학자들을 위해 화학과 같은 것을 의미하는 동안 그 말 화학 물질은 정확한 기술이라는 용어는 단어 화학 일반에서 사용되는 영어 말하기 세계에서 둘 다(순수한)화학 물질과 혼합물(종종 화합물이라고 불리는)[13]을 언급할 때, 특히나 정제한 실험실 산업 과정에서 생산된 사용된다..[14][15][16]즉, 예를 들어 과일과 채소가 야생에서 자랄 때에도 자연적으로 구성되는 화학물질을 일반적인 용법으로는 '화학물질'이라고 하지 않는다.제품의 성분 리스트를 필요로 하는 국가에서 열거된 "화학물질"은 산업적으로 생산된 "화학물질"이다."화학"이라는 단어는 또한 중독성, 마약성, 또는 마음을 바꾸는 약을 가리키는 데 종종 사용된다.[14][15]

화학 산업 내에서 제조된 "화학 물질"은 화학 물질로서, 생산량별로 연구에서만 발견되는 대량 화학 물질, 미세 화학 물질 및 화학 물질로 분류할 수 있다.

  • 벌크 화학 물질은 매우 많은 양으로 생산되는데, 대개는 고도로 최적화된 연속 공정과 비교적 낮은 가격에 생산된다.
  • 미세화학물질은 바이오시드, 의약품, 기술용 특수화학물질과 같은 특수 소량 용도의 경우 소량으로 높은 비용으로 생산된다.
  • 합성 루트를 검색하거나 제약 활동을 위한 물질을 선별하는 등 연구를 위해 연구용 화학물질을 개별적으로 생산한다.사실상 팔리지는 않지만 그램 당 가격은 매우 높다.

생산량 차이의 원인은 화학 물질의 분자 구조의 복잡성 때문이다.벌크 화학 물질은 보통 훨씬 덜 복잡하다.미세한 화학물질이 더 복잡할 수 있지만, 그 중 다수는 위에서 언급한 것처럼 단일 사용을 목표로 하는 더 복잡한 분자의 합성에 있어서 "건물 블록"으로 팔릴 정도로 간단하다.화학 물질의 생산은 합성뿐만 아니라 합성에 관련된 부산물과 불순물을 제거하기 위한 정화도 포함한다.마지막 생산 단계는 화학물질 구매자의 불순물 비율을 식별하고 정량화하기 위해 화학물질 배치 로트 분석이어야 한다.필요한 순도와 분석은 용도에 따라 다르지만, 대량 화학 물질의 생산에서 불순물의 내성이 더 높을 것으로 예상된다.따라서 미국의 화학 물질 사용자는 불순물 양이 더 많은 대량 또는 "기술 등급" 또는 훨씬 순수한 "의약품 등급"(USP, 미국 약사 등급) 중에서 선택할 수 있다.상업적, 법적 의미에서 "화학물질"은 특정 화학물질이 아닌 기술적 규격에 따라 만들어진 제품이기 때문에 매우 가변적인 구성의 혼합물을 포함할 수도 있다.예를 들어, 휘발유는 단일 화학 화합물이나 심지어 특정 혼합물이 아니다: "가솔린"은 주로 소스, 특성 및 옥탄 등급을 통해 정의되기 때문에 다른 가솔린들은 매우 다른 화학 성분을 가질 수 있다.

이름 지정 및 색인화

모든 화학 물질은 하나 이상의 체계적 이름을 가지고 있으며, 보통 IUPAC 명명 규칙에 따라 이름이 지정된다.대체 시스템은 화학 추상화 서비스(CAS)에 의해 사용된다.

많은 화합물들은 또한 체계적 이름보다 더 흔하고 단순한 이름으로 알려져 있다.예를 들어, 오랫동안 알려진 설탕 글루코스는 이제 체계적으로 6-(히드록시메틸)옥산-2,3,4,5-테트롤로 명명된다.천연물과 약품에도 간단한 이름이 붙는데, 예를 들어 가벼운 진통제인 나프록센은 화학 화합물(S)-6-메톡시-α-메틸-2-나프탈렌아세트산(S)의 더 흔한 이름이다.

화학자들은 종종 화학적 공식이나 화합물의 분자 구조를 사용하는 화학적 화합물을 말한다.합성(또는 격리)되고 있는 화학성분들의 수가 경이적으로 증가하여 전 세계 전문 화학자들에 의해 과학 문헌에 보고되고 있다.[17]알려진 화학 원소의 화학적 결합을 통해 엄청난 수의 화학적 화합물이 가능하다.2021년 2월 현재 약 1억7700만개의 유기·무기물질(확정순서 생물폴리머 6800만 포함)이 과학 문헌에 수록되어 있으며, 공공 데이터베이스에 등록되어 있다.[18]이 화합물들의 많은 이름들은 종종 비교가능하지 않기 때문에 정확하게 기억하거나 인용하기가 쉽지 않다.또한 문학에서 그들을 추적하는 것은 어렵다.IUPAC와 CAS와 같은 몇몇 국제기구는 그러한 업무를 더 쉽게 하기 위한 조치를 시작했다.CAS는 화학 문헌의 추상화 서비스를 제공하며, 화학 문헌에 보고된 각 화학 물질(화학 저널, 특허 등)에 CAS 등록 번호로 알려진 숫자 식별자를 제공한다.이 정보는 데이터베이스로 컴파일되어 케미컬 물질 지수로 널리 알려져 있다.물질 정보를 위해 개발된 다른 컴퓨터 친화적인 시스템: 스마일즈와 국제 화학 식별자 또는 InChI이다.

일반적인 화학 물질의 확인
공용명 체계명 화학식 화학구조 CAS 레지스트리 번호 인치
알코올 또는
에틸알코올		 에탄올 C2H5OH
Ethanol-2D-skeletal.png
 [64-17-5] 1/C2H6O/c1-2-3/h3H,2H2,1H3

격리, 정화, 특성화 및 식별

종종 순수 물질은 혼합물로부터 격리될 필요가 있다. 예를 들어, 자연 소스(표본에 수많은 화학 물질이 포함되어 있는 경우) 또는 화학 반응 후(흔히 화학 물질의 혼합물을 제공하는 경우)이다.

참고 항목

참고 및 참조

  1. ^ Hale, Bob (2013-09-19). Necessary Beings: An Essay on Ontology, Modality, and the Relations Between Them. OUP Oxford. ISBN 9780191648342. Archived from the original on 2018-01-13.
  2. ^ IUPAC, 화학용어 종합편찬, 제2편.("금책")(1997년).온라인 수정 버전: (2006–) "화학 물질". doi:10.1351/골드북.C01039
  3. ^ Hunter, Lawrence E. (2012-01-13). The Processes of Life: An Introduction to Molecular Biology. MIT Press. ISBN 9780262299947. Archived from the original on 2018-01-13.
  4. ^ Scerri, Eric (2005). "Simples and Compounds". www.iupac.org. Retrieved 15 May 2018.
  5. ^ 힐, J. W.; 페트루치, T. W.; 페리, S. 일반 화학, 4부, 페이지 5, Pearson Fatherice Hall, Upper Saddle River, 2005년
  6. ^ "Pure Substance – DiracDelta Science & Engineering Encyclopedia". Diracdelta.co.uk. Archived from the original on 2013-05-11. Retrieved 2013-06-06.
  7. ^ 부록 IV: 화학 물질 지수 이름 웨이백 기계에 보관된 2007-12-03
  8. ^ "What is the TSCA Chemical Substance Inventory?". US Environmental Protection Agency. Archived from the original on 2009-06-05. Retrieved 2009-10-19.
  9. ^ 힐, J. W.; Petrucci, R. H.; McCreary, T. W.; Perry, S. S. General Chemistry, 4부, p37, Pearson Fatherice Hall, Upper Saddle River, 2005.
  10. ^ 2007년 11월 18일 웨이백 기계에 보관된 비율의 법칙
  11. ^ 힐, J. W.; Petruchi, R. H.; McCreary, T. W.; Perry, S. General Chemistry, 4부 45-46, Pearson Fatherice Hall, Up 45–46, Upper Saddle River, 2005.
  12. ^ 메탈로이드와 비금속 사이의 경계는 앞의 참고문헌에서 설명한 바와 같이 부정확하다.
  13. ^ 옥스포드 온라인 사전의 웨이백 머신에 보관된 화합물 2017-11-07
  14. ^ a b 옥스포드 온라인 사전의 웨이백 머신에서 화학물질 보관 2017-11-07
  15. ^ a b Wayback Machine, 1997년에 보관된 2017-11-07의 요약되지 않은 랜덤 하우스 사전
  16. ^ "What is a chemical". Nicnas.gov.au. 2005-06-01. Archived from the original on 2013-06-16. Retrieved 2013-06-06.
  17. ^ Joachim Schummer. "Coping with the Growth of Chemical Knowledge: Challenges for Chemistry Documentation, Education, and Working Chemists". Rz.uni-karlsruhe.de. Archived from the original on 2013-09-17. Retrieved 2013-06-06.
  18. ^ "Chemical Abstracts substance count". Cas.org. Retrieved Feb 15, 2021.

외부 링크