화학식과 반응식 — 물질 변화를 기호로 읽기

화학 반응을 짧고 정확하게 적으려면 약속된 글말이 필요합니다. 물은 H₂O, 이산화탄소는 CO₂, 소금은 NaCl처럼 씁니다. 물이 만들어지는 반응은 2H₂ + O₂ → 2H₂O처럼 한 줄로 정리합니다.

여기에는 두 가지 약속이 들어 있습니다. 화학식은 물질의 원자 종류와 개수를 짧게 적은 표기입니다. 반응식은 반응물과 생성물을 화살표 양쪽에 놓고 원자 개수가 맞도록 계수를 붙인 표기입니다.

화학식 — 물질의 글말#

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.

NaCl은 조심해야 합니다. 아주 작은 소금 분자 한 개가 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. 그래서 NaCl은 분자식이 아니라 화합물의 기본 비율을 나타내는 실험식 쪽에 더 가까운 표기로 분류합니다.

화학식 안의 숫자가 없을 때는 1로 읽습니다. H₂O에서 O 뒤에 숫자가 없으니 O가 한 개라는 뜻이고, NH₃에서 N 뒤에 숫자가 없으니 N도 한 개라는 뜻입니다. 0이 아니라 1로 읽는다는 점이 자주 헷갈리는 자리입니다.

계수와 아래첨자 — 숫자의 자리가 뜻을 바꾼다#

화학식과 반응식에서 가장 많이 틀리는 부분은 계수와 아래첨자입니다. 계수는 분자식 앞에 쓰는 큰 수이고, 아래첨자는 분자식 안에서 원소 기호 오른쪽 아래에 붙는 작은 수입니다.

같은 숫자 2라도 자리가 다르면 뜻이 달라집니다. 2H₂O에서 앞의 2는 물 분자가 두 개라는 뜻이고, H 오른쪽 아래 2는 물 한 분자 안에 H 원자가 두 개라는 뜻입니다. 그래서 2H₂O에는 H 원자가 4개, O 원자가 2개 있습니다. 계수와 아래첨자를 곱해 세면 됩니다.

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

가장 중요한 약속은 이것입니다. 균형 맞추기에서는 계수만 바꿉니다. 아래첨자를 바꾸면 다른 물질이 됩니다. H₂O를 H₂O₂로 바꾸면 물이 아니라 과산화수소입니다.

반응식 — 양쪽 원자 개수를 맞추기#

반응식은 반응물과 생성물을 화살표로 이어 쓰는 문장입니다. 화학 반응에서 원자는 사라지지 않으므로 화살표 왼쪽과 오른쪽의 원자 개수가 같아야 합니다. 이 상태를 균형이라고 부르고, 계수를 골라 맞추는 일을 균형 맞추기라고 합니다.

물이 만들어지는 반응을 예로 풀어 보겠습니다. 처음에는 이렇게 쓰고 싶을 수 있습니다.

오른쪽 물 앞에 2를 붙이면 O는 맞지만 H가 어긋납니다. 다시 왼쪽 수소 앞에 2를 붙이면 H 4개, O 2개가 양쪽에서 같아져 균형이 잡힙니다. 이때 아래첨자는 절대 바꾸지 않았다는 점이 중요합니다. 바꾼 것은 분자 앞의 계수뿐입니다.

초3 수준에서 만났던 "무게는 함부로 사라지지 않는다"는 생각이, 여기서는 "반응식 양쪽 원자 개수가 같다"로 더 정밀해집니다. 무게가 보존되는 것은 원자가 보존되기 때문이고, 원자 개수가 양쪽에서 같기 때문에 무게도 결국 같아집니다.

비슷한 방식으로 수소와 염소가 만나 염화수소를 만드는 반응 H₂ + Cl₂ → 2HCl도 균형이 맞습니다. 왼쪽에는 H 2개와 Cl 2개가 있고, 오른쪽 HCl 앞에 2를 붙이면 H도 2개, Cl도 2개가 되어 양쪽이 같아집니다. 이번에는 한 번의 계수 조정으로 균형이 잡힙니다.

시각 요약#

화학식과 반응식의 네 약속을 한 번에 정리하면 다음과 같습니다.