화학식·반응식 — 분자의 글말

지난 시간에는 화학 반응을 "원자는 그대로, 결합만 새 짝으로" 보는 법을 배웠습니다. 오늘은 그 생각을 더 짧고 정확한 글말로 바꿉니다. 물은 H2O, 이산화탄소는 CO2, 소금은 NaCl처럼 씁니다. 그리고 물이 만들어지는 반응은 2H2 + O2 -> 2H2O처럼 한 줄로 씁니다.

이 글말은 중1 때 만난 원소 기호가 본격적으로 일하는 자리예요. H, O, C, Na, Cl 같은 짧은 기호가 분자와 반응을 쓰는 부품이 돼요.

오늘의 핵심은 두 가지입니다. 첫째, 화학식은 물질의 원자 종류와 개수를 짧게 적은 표기입니다. 둘째, 반응식은 반응물과 생성물을 화살표 양쪽에 놓고 원자 개수가 맞도록 계수를 붙인 표기입니다.

오늘의 한 문장#

화학식은 물질의 글말이고, 반응식은 화학 반응의 문장입니다. 계수는 앞에서 분자나 화학식 단위가 몇 개인지 알려 주고, 아래 첨자는 안에서 한 단위에 원자가 몇 개인지 알려 줍니다.

같은 숫자 2라도 자리가 다르면 뜻이 달라집니다.

2H2O
│ │
│ └─ 아래 첨자 2: 물 한 분자 안의 H 원자 두 개
└─── 계수 2: 물 분자 두 개

그래서 2H2O에는 H 원자가 4개, O 원자가 2개 있습니다. 계산은 어렵지 않습니다. 계수와 아래 첨자를 곱해 세면 됩니다.

화학식과 분자식 — 짧은 글 안에 든 정보#

화학식은 원소 기호와 숫자로 물질을 적는 약속입니다. H2O는 수소 H 두 개와 산소 O 한 개가 들어 있음을 말합니다. CO2는 탄소 C 한 개와 산소 O 두 개가 들어 있음을 말합니다.

그중 한 분자 안의 원자 종류와 개수를 적은 화학식을 분자식이라고 부릅니다.

여기서 NaCl은 특히 조심해야 합니다. NaCl은 아주 작은 "소금 분자 한 개"가 둥둥 떠 있는 그림보다, Na+와 Cl-가 반복 배열된 이온 결정으로 보는 것이 더 정확합니다. 중2 수준에서는 NaCl을 화학식으로 읽되, 물이나 이산화탄소처럼 독립된 분자 하나라고 단정하지 않는 것이 좋습니다.

이 활동은 종이 카드만으로 충분합니다. H 카드 두 장과 O 카드 한 장을 놓아 H2O를 만들고, C 카드 한 장과 O 카드 두 장을 놓아 CO2를 만듭니다. NaCl은 Na와 Cl 카드를 1:1로 반복해 놓아 "분자 하나"가 아니라 "반복 비"라는 느낌을 잡습니다.

계수와 아래 첨자 — 숫자의 자리가 뜻을 바꿉니다#

반응식에서 가장 많이 틀리는 부분은 계수와 아래 첨자입니다. 계수는 분자식 앞에 쓰는 큰 수입니다. 아래 첨자는 분자식 안에서 원소 기호 오른쪽 아래에 붙는 작은 수입니다.

계수 1과 아래 첨자 1은 보통 쓰지 않습니다. H2O에서 O 뒤에 1을 쓰지 않아도 O가 한 개라는 뜻입니다. O2 앞에 1을 쓰지 않아도 산소 분자 한 개라는 뜻입니다.

가장 중요한 약속은 이것입니다. 균형 맞추기에서는 계수만 바꿉니다. 아래 첨자를 바꾸면 다른 물질이 되어 버립니다. H2O를 H2O2로 바꾸면 물이 아니라 과산화수소입니다.

반응식과 균형 — 양쪽 원자 개수를 맞추기#

반응식은 반응물과 생성물을 화살표로 이어 쓰는 문장입니다.

반응물                    생성물
2H2 + O2        ->        2H2O

왜 앞에 2가 붙을까요? 화학 반응에서 원자는 사라지지 않습니다. 그러므로 화살표 왼쪽과 오른쪽의 원자 개수가 같아야 합니다. 이 상태를 균형이라고 부르고, 계수를 골라 맞추는 일을 균형 맞추기라고 합니다.

처음에는 이렇게 쓰고 싶을 수 있습니다.

H2 + O2 -> H2O
왼쪽: H 2개, O 2개
오른쪽: H 2개, O 1개

O 개수가 다릅니다. 오른쪽 물 앞에 2를 붙여 봅니다.

H2 + O2 -> 2H2O
왼쪽: H 2개, O 2개
오른쪽: H 4개, O 2개

이번에는 H가 다릅니다. 왼쪽 수소 분자 앞에도 2를 붙입니다.

2H2 + O2 -> 2H2O
왼쪽: H 4개, O 2개
오른쪽: H 4개, O 2개

이제 양쪽이 같다가 됐어요. 원자 개수는 H도 같고 O도 같아요. 초3 때 만난 "무게는 함부로 사라지지 않는다"는 생각이, 오늘은 "반응식 양쪽 원자 개수가 같다"로 더 정밀해졌어요.

다른 예도 볼까요?

H2 + Cl2 -> HCl       (균형 X)
H2 + Cl2 -> 2HCl      (균형 O)

왼쪽에는 H 2개와 Cl 2개가 있습니다. 오른쪽 HCl 앞에 2를 붙이면 H도 2개, Cl도 2개가 되어 균형이 맞습니다.

손으로 해 보는 활동 — 카드로 균형 맞추기#

준비물은 종이 카드와 색연필이면 됩니다. H 카드 네 장, O 카드 두 장, 화살표 카드 한 장, 계수 카드 2 몇 장을 준비합니다. 보호 안경과 장갑을 착용하고, 활동은 선생님이나 어른이 함께 볼 때 진행합니다. 이번 활동은 시약을 쓰지 않아도 됩니다.

1. 왼쪽에 H-H 두 알이 붙은 수소 분자 카드와 O-O 산소 분자 카드를 놓습니다.
2. 오른쪽에 H-O-H 물 분자 카드 한 장을 놓고 H와 O 개수를 세어 봅니다.
3. 오른쪽 물 카드가 한 장이면 O가 부족하다는 것을 확인합니다.
4. 물 카드 두 장을 놓고 다시 셉니다.
5. 왼쪽에도 수소 분자 카드를 두 장 놓아 H 4개, O 2개가 양쪽에서 같아지는지 확인합니다.

말해 볼 질문은 세 가지입니다. 계수는 어디에 붙였나요? 아래 첨자는 왜 바꾸지 않았나요? 양쪽 원자 개수가 같으면 왜 무게 보존과 이어질까요?

시각 요약 안내#

오늘의 인포그래픽은 네 칸으로 정리하면 좋습니다. 첫 칸은 화학식과 분자식, 둘째 칸은 계수와 아래 첨자, 셋째 칸은 2H2 + O2 -> 2H2O 균형 맞추기, 넷째 칸은 시험 함정입니다.

다음 시간에는#

다음 시간에는 오늘 배운 반응식의 문법을 산·염기·중화로 가져가요. 초6 때 만난 식초와 베이킹소다, 그리고 중2에서 만난 이온을 다시 연결해 봐요.

핵심 문장은 H+ + OH- -> H2O예요. 오늘은 원자 개수를 맞추는 균형을 배웠고, 다음 시간에는 이온 반응식에서 전하와 입자가 어떻게 함께 맞는지 살펴봐요.

📖 오늘의 낱말#

🎯 헷갈리지 마세요 — 시험 함정 박스#