어떤 종류의 비금속 화학 원소가 있는가?
탄소
탄소(炭素←, )는 비금속인 화학 원소로, 기호는 C(←)이고 원자번호는 6이다. 원자가 전자는 4개이다. 존재하는 동위 원소는 총 3개로, C와 C는 안정적인 동위 원소지만 C는 반감기가 약 5730년인 방사성 동위 원소이다.[1] 탄소는 아주 오래 전에 존재가 밝혀진 원소들 중 하나이다.[2]
비소
비소(砒素←, )는 화학 원소로 기호는 As(←)이고 원자 번호는 33이다. 독성으로 유명한 준금속 원소로 회색, 황색, 흑색의 세 가지 동소체로 존재한다. 농약·제초제·살충제 등의 재료이며, 여러 합금에도 사용된다.
규소
규소는 질량 기준으로 지각의 27.7%를 차지하며, 산소 다음으로 많이 존재하는 원소이다. 주로 규산염 광물이나 이산화 규소 형태로 발견되며, 순수한 형태로 발견되는 일은 극히 드물다. 이들 중 규소, 산소 및 다양한 금속 원소들의 화합물로 이루어진 규산염 광물은 지각 전체 질량의 90% 가량을 차지한다. 이는 초신성 폭발로 인해 생성되는 원소들 중 규소는 가장 흔한 고체 원소이며 산소는 가장 흔한 비금속 원소이기 때문이다. 이후 태양계에서 원시 행성들이 생성되고 진화할 때 높은 온도로 인해 두 원소가 잘 결합하여 규산염 광물이 다량 형성되었고, 이들이 나중에 지구를 포함하여 내행성이 되는 행성들의 대부분을 이루게 된 것으로 추정된다. 또, 원시 지구에서 철, 니켈 등 다른 금속 원소들은 규산염보다 밀도가 크기 때문에 지구의 핵으로 가라앉아 현재의 지구와 같은 모습이 되었다고 추정된다.
인듐
인듐(←, ←)은 화학 원소로 기호는 In(←)이고 원자 번호는 49이다. 무르고 연성이 있으며 잘 녹는 은백색의 희유금속으로, 화학적 성질은 갈륨이나 탈륨과 비슷하다. 산화 인듐 주석으로 발광 디스플레이(LED)에 쓰이는 투명 전극이나 액정 화면(LCD)을 만드는 데 이용된다. 일부 금속과 혼합하면 녹는점이 낮아지므로 납이 첨가되지 않는 땜납을 만드는데 사용된다. 대부분을 차지하는 동위 원소인 In가 매우 긴 반감기로 붕괴하지만 불안정 동위원소가 있어 불안정 원소로 분류된다.
악티늄 동위 원소
악티늄은 안정 동위 원소가 존재하지 않고 오직 방사성 동위 원소로만 구성되어 있다. 따라서 악티늄의 표준 원자량은 정해져 있지 않다. 악티늄은 원자량 206에서 236 사이에 총 31개의 동위 원소와 2개의 이성질핵이 알려져 있다. 이들 중 Ac와 Ac는 자연에서 미량 발견되며, 각각 U와 Th의 중간 붕괴 생성물이다. Ac은 자연에서 극히 드물기 때문에 자연에 존재하는 악티늄은 주로 Ac이며, 반감기도 21.772년으로 제일 길다. 그 다음으로는 Ac(반감기 10.0일)와 Ac(반감기 29.37시간)이 비교적 안정하며, 이밖의 방사성 동위 원소들은 모두 반감기가 10시간 미만이고 대부분은 1분 미만이다.
결정
보다 엄밀하게 말해서 결정은 이산적인 공간 병진 대칭성을 가지는 이상적인 물질이다. 현실의 물질의 크기는 유한하기 때문에 이러한 이상적인 물질은 존재할 수 없지만 물질을 구성하는 반복요소 (결정구조)의 수가 충분히 크면 (아보가드로 수 정도가 되면) 결정이라고 볼 수 있다. 수학적인 고차원 결정의 공간에 투영으로 사용되는 기술로 준결정도 있다.결정에 대하여 이것을 형성하는 결합은 한가지 종류만이라고 할 수 없기 때문에 복수의 결합이 혼재 (공유성과 이온성 양쪽 모두를 나타내는 경우가 자주있음)하는 경우가 있다. 예시로 2001년에 39 K의 초전도를 나타내서 유명하게된 MgB (이붕화 마그네슘)가 있다. MgB는 금속 (금속간 화합물)이면서 원자간 결합이 공유결합에 의한 부분 (B층과 B원자간)과 주로 이온결합에 의한 부분 (Mg층과 B층간)으로 된다. (전자상태는 금속이므로 금속 결합적인 부분도 있음) 결정성이 전혀없는 물질을 아모퍼스 (비정질)라고 하며, 결정의 반대말이 된다.
주석 (원소)
주석에는 10개의 안정한 동위 원소가 존재한다. 안정한 동위 원소들 중 주석-120이 가장 많이 존재하고 주석-115가 가장 적게 존재한다. 이외에도 29종류의 불안정한 방사성 동위 원소가 알려져 있으며, 이 중 주석-126(반감기 약 23만 년)을 제외하고는 모두 반감기가 1년 이하이다.
탄화물
탄화물은 화학에서 엄청난 탄소와, 적은 음전기의 요소가 있다. 탄화물들은 일반적으로 화학의 유대 구조로 분류될 수 있었다.: (i)소금같음, (ii) 전자쌍을 공유하는 화합물 (iii) 틈새형 화합물 (iv) 중간의 전통의 금속 탄화물, 예를 들어 칼슘 탄화물, 실리콘 탄화물, 텅스텐 탄화물 (기계 세공을 말할 때 간단하게 탄화물로 불림), 그리고 탄화철, 각각은 핵심 산업의 지원으로 사용했었다. 이온탄화물들의 이름은 체계적이지 않다.
세슘
세슘(←, , ←)은 알칼리 금속에 속하는 화학 원소로 원소 기호는 Cs(←), 원자 번호는 55이다. 무르고 밝은 금색의 알칼리 금속으로 실온 부근에서 액체 상태로 있는 세 금속 중 하나이다(나머지는 갈륨(Ga),그리고 수은(Hg)) 세슘의 동위원소 중 세슘 133은 원자 시계를 만드는 데 많이 쓰이며, 핵분열시에 발생하는, 30년에 달하는 반감기를 가진 방사성 동위원소인 세슘-137은 의료용 방사선으로 사용되나, 인체 내의 칼륨을 대체하는 성질이 있어 위험성이 높다.
화학
무기화학은 유기화학에서 다루지 않는 물질을 다루며 주로 금속이나 준금속이 포함된 물질에 대해서 연구한다. 따라서 무기화학에서는 매우 넓은 범위의 화합물을 다루게 된다. 초기에는 광물의 구성이나 새 원소의 발견이 주요 관심사였고 여기서부터 지구화학이 분기되었다. 주로 전이 금속 등을 이용한 촉매나 생물에서 산소 수송, 광합성, 질소 고정 등의 과정에서 중요한 역할을 하는 금속 원자들에 대해 연구하며 이 외에도 세라믹, 복합재료, 초전도체등에 대한 연구를 한다.
방사선
전리(이온화)시키지 않는 방사선이다. 분자구조에 영향을 미치지 않는다. 가시광선쪽 자외선, 가시광선, 적외선, 원적외선, 마이크로파(레이다), 극초단파(이동전화), 초단파(TV), 단파, 중파(라디오), 장파(전력선, 가전제품) 등이 비전리 방사선이다[3].
백금족 원소
회백색의 광택이 있고 화학적으로 안정되어 있다. 특히 로듐, 팔라듐, 백금은 전연성(展延性)이 좋다. 모두가 녹는점이 높고 비중이 크며 부식이 잘 되지 않는 귀금속이다. 또 화학적 성질은 비활성이며 산·알칼리에 잘 침식되지 않는다. 루테늄과 오스뮴, 로듐과 이리듐, 팔라듐과 백금의 성질이 특히 비슷하다. 각종 무기·유기화학 반응, 특히 산화 환원반응의 뛰어난 촉매(觸媒)다.
원소 (화학)
원소(, )는 화학적 방법으로 더 간단한 순물질로 분리할 수 없는 물질이다. 원소는 모든 물질을 구성하는 기본적 요소로, 원자핵 내의 양성자 수와 원자 번호가 같다. 중성 원자의 양성자의 개수와 전자의 개수는 같다. 현재까지는 118종이 알려져 있다.
비스무트
비스무트(←, )는 화학 원소로 기호는 Bi(←), 원자 번호는 83이며, 원자량은 208.980이다. 녹는점은 271.3℃이고 끓는점은 1560(±5)℃이다. 밀도는 실온에서 9.747g/cm이다. 한자로 창연(蒼鉛)이라고 부르기도 한다. 무겁고 깨지기 쉬우며 흰색 결정질의 전이후 금속으로 분홍색 색조를 띠며 비소나 안티모니와 화학적 성질이 비슷하다. 금속 중에서 반자성이 제일 강하다. 금속 가운데서 수은 다음으로 열 전도성이 작으며 모든 금속들 중에서 가장 전기 전도성이 낮다. 납을 포함하지 않는 비스무트 화합물은 화장품과 의료 처치에 사용된다. 모든 동위 원소가 방사성을 띠나 반감기가 매우 길어 안정 원소로 분류되기도 한다. 순수한 금속이나 창연석, 휘창연석 같은 광석에서 얻으며 볼리비아에 가장 많다. 납, 구리, 주석, 은, 금 광석에서 불순물을 없앨 때 부산물로 얻어진다.
텔루륨
텔루륨(←) 또는 텔루르(←)는 화학 원소로 기호는 Te(←), 원자 번호는 52이다. 깨지기 쉬운 은백색의 준금속으로 주석과 비슷한 모습이다. 화학적으로는 셀레늄이나 황과 비슷하다. 지구보다 우주에서 더 흔히 존재하며, 특히 지각에서는 백금과 비슷한 농도로 포함되어 있을 만큼 그 존재량이 적다. 이는 텔루륨의 원자량이 크기 때문이기도 하지만 텔루륨의 수화물이 휘발성이라서 지구가 생성될 때 대부분 우주 공간으로 증발했기 때문이다.
비반응성 기체
비반응성 기체(unreactive gas, inert gas)는 주어진 일련의 조건 아래에서 화학 반응을 겪지 않는 가스이다. 일반적으로 비활성 기체라고 부르는 18족 원소는 모두 비반응성 기체에 포함된다. Inert gas라는 말은 18족 원소(noble gas)를 일컫는 경우도 있기 때문에 18족 원소가 아닌 비반응성 기체를 모두 포함하기 위해 unreactive gas라고 부른다.
화학 원론
《화학 원론》은 최초의 근대적 화학 교과서로 여겨진다. 이 책에는 산소, 질소, 수소, 인, 수은, 아연, 황 등 더 이상 쪼개지지 않는 물질 즉 원소의 목록이 담겨있다. 이 목록 역시 현대적인 원소 목록의 토대를 이루고 있다. 하지만 라부아지에는 빛과 열소도 물질로 보고 목록에 포함시겼다.
베릴륨
베릴륨(, ←)은 알칼리 토금속에 속하는 화학 원소로 기호는 Be(←)이고 원자 번호는 4이다. 실온에서 가볍고 단단하며 부서지기 쉬운 은회색의 금속으로 존재한다. 2가 양이온이 되려는 경향이 있고 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않으며, 주로 녹주석, 금록석 등에서 산출된다. 우주에서는 항성 핵합성에 의해 생성된 베릴륨의 수명이 짧으므로 그 존재 비율이 매우 작다.
규소
규소는 다른 원자와 공유할 수 있는 원자가전자가 4개인 준금속 원소로, 다양한 화학 결합을 할 수 있다. 탄소와 비슷하게 주로 4개의 결합을 가지므로 적절한 조건 하에서 다양한 화합물을 만들 수 있다. 그러나 탄소와는 달리 전자를 추가로 더 공유하여 5개나 6개의 결합을 이루기도 한다. 4가 규소 화합물은 비교적 반응성이 낮아 질산과 불산을 제외한 대부분의 산과 반응하지 않으나, 묽은 염기나 할로젠 원소에는 반응한다.
할로젠
할로젠() 또는 할로겐()은 화학 계열로 주기율표의 17족 원소를 말한다. 이들 원자의 최외각 전자 껍질에는 전자가 7개 존재하기 때문에 다른 원소로부터 전자를 하나 받아 음이온이 되기 쉬워서, 특히 최외각 전자껍질에 전자를 1개 소유하는 1족 원소(수소와 알칼리 금속)와 격렬하게 반응하여 염을 생성한다. 할로젠은 할로젠화 이온을 산화시켜서 얻으며, 할로젠 원소는 대부분 반응성이 큰 원소이어서 금속 염 형태로 존재한다. 또한 비금속을 나타내며, 이 원소들의 대부분은 독성이 강하므로 기체를 직접 흡입하거나 접촉하지 않도록 주의해야 한다. 이러한 특성을 가진 할로젠 원소는 홑원소물질 또는 화합물로 유용하다. 할로젠화 음이온(Cl, Br, I)은 은 이온(Ag)을 이용하여 확인할 수 있다. (예: 수돗물 속의 염화 이온의 검출)
원소 (화학)
원소는 물질을 이루는 기본적인 구성요소로, 이를테면 포도당(CHO)은 물질의 기본적 구성요소인 탄소(C), 수소(H), 산소(O)의 3가지의 원소로 이루어져있다. 특히 탄소는 현대문명의 근원이기도 하다.
또한, 메탄(CH)은 탄소(C)와 수소(H)의 2개의 원소로 구성된다.
탄소
탄소는 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소 같은 다양한 동소체를 가지고 있다. [4] 탄소의 물리적 성질은 동소체에 따라 다르다. 예를 들면, 흑연은 불투명한 검은색이지만 다이아몬드는 매우 투명하다. 흑연은 종이에다 이름을 적을 수 있을 정도로 연하지만 다이아몬드는 천연물 중에서는 가장 단단한 물질이다. 흑연은 좋은 전기 전도체이지만 다이아몬드는 전기 전도도가 낮다. 일반적으로 다이아몬드, 탄소 나노 튜브, 흑연은 알려진 모든 물질 중에서 가장 높은 열전도율을 가진다. 모든 탄소 동소체들은 상온에서 고체이며, 흑연은 열역학으로 가장 안정한 구조이다. 또한 화학적 저항력이 강하며, 반응성이 큰 산소와 반응할 때도 고온이 필요하다.
효소
효소에 따라서는 반응에 필요한 보조 분자들이 있어야만 하는 경우가 있다.[10] 이러한 보조 분자에는 금속이온과 같은 무기화합물과 유기화합물이 포함된다. 이러한 분자들의 양을 조절함으로써, 화학 반응을 조절할 수 있다.[11] (일반적으로 비타민들이 사람의 물질대사 과정에서 조효소로 작동한다.) 조효소들은 연속적으로 일어나야 하는 반응을 중간에서 연결시켜줌으로써, 복잡한 반응을 순서대로 일으킬 수 있다.
칼륨
칼륨(←) 또는 포타슘( [pətӕsiəm]), 칼리(←)는 알칼리 금속에 속하는 1족 화학 원소로 기호는 K(←)이고 원자 번호는 19이다. 무른 은백색 금속으로 바닷물이나 다른 광물에 주로 화합물의 형태로 널리 분포한다. 공기나 물 속에서 급격히 반응하여 산화하며, 나트륨과 화학적 성질이 비슷하다.
텅스텐
자연에는 다섯 종류의 텅스텐 동위 원소가 존재하며, 모두 반감기가 매우 길어 안정한 원소로 분류되는 동위 원소들이다. 이론상으로는 안정한 텅스텐 동위 원소 5가지 모두 알파 붕괴를 통해 하프늄으로 붕괴할 수 있지만 현재까지는 W만이 약 1.8×10년의 반감기를 거쳐 방사성 붕괴하는 것이 관찰되었으며, 이는 평균적으로 1년에 1g의 텅스텐 중에서 W 원자 2개만이 붕괴하는 것과 같다. 다른 안정 동위 원소들은 아직까지 붕괴하는 것이 관찰된 적은 없으며 모두 반감기가 4×10 이상인 것으로 추정되나 실제로 붕괴하지 않을 수도 있다. 이외에 원자량 158에서 192 사이에 30개의 인공 방사성 동위 원소와 4개의 준안정 동위 원소가 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 반감기 121.2일의 W이다.
10족 원소
10족 원소는 주기율표의 열번째 족에 속하는 화학 원소이다. 백금이 속해 백금족이라고도 한다.
전이 금속
전이 금속(transition metal, 轉移金屬) 또는 전이 원소(transition element, 轉移元素)는 주기율표의 d-구역 원소를 말한다. 주기율표의 3족에서 12족 원소가 모두 포함된다. 전이 금속이라는 이름은 원소들을 분류하던 초기에 원자번호 순으로 원소를 나열하면 이 원소들이 전형 원소로 전이되는 중간단계 역할을 한다 하여 붙여진 이름이다. 전이금속은 착화합물을 만든다. 결정장 이론과 리간드장 이론이 착화합물의 화학을 설명한다.
전이금속은 주기율표에서 4~7주기, 3~12족 까지의 원소들을 말한다. 때문에 다른 원소들의 경우 한 주기에서 주족 원소의 화학적 성질이 원자가 전자의 수가 변화함에 따라 크게 변하지만, 전이 금속들은 주어진 족에서 뿐만 아니라 같은 주기에서도 많은 유사성을 보여준다. 그 중에서도 첫 주기 전이 금속인 스칸듐에서 아연까지는 다른 전이 금속 계열을 대표하는 아주 중요한 금속 원소이다.
전이 금속은 특이하게도 이온화 되는 과정에서4s 오비탈의 에너지가 3d 오비탈의 에너지보다 상당히 높아진다. 이로인해 중성원자 상태에서 에너지 준위가 3d 보다 낮았던 4s 오비탈에서 전자가 먼저 나가게 된다.
전이금속도 일반금속과 마찬가지로 광택, 전기 전도성, 열 전도성을 가진다. 그 중에서도 비금속과 함께 이온 결합 화합물을 형성하는데, 이 때 일반금속과는 달리 일정 수의 리간드와 함께 착이온 형태로 존재한다. 때문에 착이온은 전이금속과 리간드간 결합이 이루어져 생성된 이온을 말한다.
리튬
리튬(, ←)은 알칼리 금속에 속하는 화학 원소로, 기호는 Li(←)이고 원자 번호는 3이다. 돌을 뜻하는 그리스어 리토스(λίθος, líthos)에서 이름이 유래되었는데, 이유는 나트륨이나 칼륨과는 달리 광석에서 처음으로 발견했기 때문이다. 무르고 은백색이며 부식을 유발한다. 합금으로 열전달이나 전지 등에 사용할 수 있으며, 미네랄 오일에는 리튬 염의 형태로 첨가되어 있는 경우가 많다.
탄소
2015년, 노스 캐롤라이나 주립 대학의 한 연구팀은 비정질 탄소 분말에 짧은 시간동안 고에너지 레이저를 쏘아, Q-탄소라 명명한 새로운 탄소 동소체를 발견했다. Q-탄소는 강자성이자 형광 물질이고, 다이아몬드보다 경도가 높은 것으로 밝혀졌다.[36]
전해질
전해질(電解質, )은 물에 녹은 상태에서 이온으로 쪼개져 전류가 흐르는 물질이다. 대표적인 전해질로는 염화나트륨, 황산, 염산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 질산나트륨 등이 있다. 염화나트륨은 고체 상태에서는 전류를 흘려 보내지 않아 도체가 될 수 없지만, 수용액 상태에서는 전류를 흘려 보내서 전해질이 될 수 있다. 강한 산과 염기나 가용성 염은 강한 전해질이 되고, 약한 산과 염기는 약한 전해질이 된다. 반대로 이온으로 나누어지지 않아서 전류가 통하지 않는 물질을 비전해질이라 한다.
백금
백금은 자연에서 6가지의 동위 원소(Pt, Pt, Pt, Pt, Pt, and Pt)가 있다. 이 중 가장 안정적인 동위 원소는 자연에 존재하는 Pt로, 자연에서 33.83%를 차지한다. Pt는 매우 적게 차지하며 그 양은 0.01%에 불과하다. 자연에 존재하는 동위 원소 중 불안정한 것은 Pt이며, 붕괴할 때의 반감기는 650 년이다. Pt는 알파 붕괴를 하고 반감기가 가장 길며 약 320 년이다. 많은 양을 차지하고 안정적인 것은 질량수 195짜리이다. 백금의 동위 원소는 일반적으로 31가지로 질량수는 166에서 202까지 다양하다. 여기에 인공적으로 만들어진 동위 원소까지 합하면 37가지가 된다. 핵 이성질체 백금 동위 원소 중 가장 반감기가 짧은 것은 Pt이며 반감기는 300 µs이다. 핵 이성질체 중 반감기가 가장 긴 것은 Pt이며 반감기는 50 년이다. 모든 백금의 방사성 동위 원소는 베타 붕괴와 알파 붕괴를 한다. Pt, Pt, and Pt는 내부 전환을 하며. Pt와 Pt는 이중 베타 붕괴를 한다.
탄소
탄소 동소체에는 부드러운 흑연과 가장 단단한 자연물인 다이아몬드가 있다. 탄소 원자는 같은 탄소 원자는 물론 다른 원자와 쉽게 화학 결합을 하며, 적합한 다가 원자와 안정된 다양한 공유 결합을 이룰 수 있다. 발견된 화합물의 거의 대부분은 약 1천만 개로 추정되는 탄소 화합물이다.[5] 탄소는 가장 높은 승화점을 가지고 있는 원소이다. 삼중점은 10.8 ± 0.2MPa에 4,600 ± 300 K (~4,330°C or 7,820°F)으로 대기압에서 녹는점이 없고, [7][8] 3,900K의 승화점을 가진다. [9][10] 흑연은 열역학적으로 안정하지만 결합에 취약한 전이된 파이 결합 때문에 표준 조건에서 다이아몬드보다 반응성이 훨씬 뛰어나다. 예를 들면, 표준 조건에서 높은 온도의 진한 질산은 흑연의 육각형 구조를 보존하는 대신 더 큰 구조를 분해하면서 흑연을 C6(CO2H)6의 멜리트산으로 산화시킨다. [11]
산소
산소(酸素←, )는 화학 원소의 하나로, 원소 기호는 O(←)이고 원자 번호는 8이다. 일반적으로 산소원자 두 개가 결합하여 무색, 무미, 무취인 기체 상태로 존재한다. 공기의 주성분 중 하나로, 지구뿐 아니라 우주 전체에 걸쳐 다른 원소와 공유 결합된 상태로 널리 퍼져 있다.
고체물리학
고체 결정 내 원자들간의 인력은 매우 다양한 형태를 가진다. 그 한가지 예로서 흔히 소금이라고 불리는 염화나트륨이 있다. 이 결정은 염소 이온과 나트륨 이온의 이온결합으로 이루어져 있다. 원자들은 또한 서로간에 전자를 공유하여 공유결합을 이루기도 한다. 금속에서는 금속 결합이 이루어지는데, 이는 전자들이 결정 구조 내에서 공유되는 것을 말한다. 마지막으로 비활성 기체는 어떠한 종류의 결합도 가지지 않는다. 고체형태 내에서, 비활성 기체는 오로지 2분자의 전기적 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해 생기는 반 데르 발스 힘에 의해서만 발생한다. 고체의 특성의 차이는 바로 이러한 원자들간의 결합 방식에 따라 결정된다.
탄소
분류:비금속 분류:화학 원소 분류:환원제
이온화 경향
표준 산화환원전위, 깁스 자유 에너지를 바탕으로 두는 이온화 경향은, 이온의 상태를 이온 사이의 상호작용이 일어나지 않는 무한희석을 기준으로 하고 있기 때문에, 통상의 실험적 농도에서 반드시 이 순서가 유지된다고 한할 수 없고, 특히 전위에 접근해 있는 주석과 납 따위의 순서는 그다지 의미가 없다는 의견도 있다. 그러므로, 여태까지 16종류 원소의 이온화 경향을 기술해온 대한민국 고등학교 화학 교과서도 현재 자세한 순서에 대한 언급을 피하고 (Li, K, Ca, Na) > Mg > (Al, Zn, Fe) > (Ni, Sn, Pb) > (H, Cu) > (Hg, Ag) > (Pt, Au)라는 기술을 채택하고 있다.
비금속
금속 원소가 80여 종류가 되는 데 반해 비금속은 12 종류밖에 되지 않는다. 그러나 비금속은 지구, 특히 지각을 구성하는 주성분이다. 생물의 몸은 대부분 비금속 원소로 이루어져 있다.
비철금속
비철금속(非鐵金, )은 철 및 철을 주성분으로 한 합금(철강재료) 이외의 모든 금속을 가리키는 말이다.
동위 원소
동위 원소(同位元素, Isotope)는 원자 번호가 같지만 원자량이 다른 원소를 말한다. 어떤 원소의 동위원소는 그 원소와 같은 수의 양성자와 전자를 가지지만, 다른 수의 중성자를 가진다. 원소의 화학적 성질은 양성자와 전자의 수에 의해 결정되므로 동위 원소의 화학적 성질은 원래 원소와 같다. 하지만 중성자의 수가 달라서 질량이 다르므로 물리적 방법으로 분리할 수 있다. 즉, 동위 원소는 서로 다른 물리적 성질을 가진다. 즉, 화학적 성질은 비슷하다.
수은
수은(水銀, )는 화학 원소로 기호는 Hg(←), 원자 번호는 80이다. 무겁고 은색의 전이 금속으로, 수은은 섭씨 30도 부근에서 액체 상태인 다섯 원소 중 하나이다.(나머지 넷은 금속인 세슘, 프랑슘, 갈륨과 비금속인 브로민) 진사에서 주로 얻는다. 수은 원자에 고속의 베릴륨 원자를 충돌시키면 양성자가 하나 날아가서 금원자를 만들 수 있지만 1년동안 동일한 작업을 한다고 해도 단0.00018g의 금만을 만들 수 있기 때문에 채산이 맞지 않아 사용되지 않는다.
칼슘
칼슘은 은백색의 무른 금속으로, 납보다는 단단하여 칼로 자르기가 어렵다. 비중이 1.55로 알칼리 토금속 중에서는 가장 가벼우며, 이는 원자 번호가 더 작은 베릴륨이나 마그네슘보다도 가벼운 것이다. 비저항은 구리나 알루미늄보다 크지만 비중이 낮아 단위 질량 당 저항을 기준으로 할 때는 전기 저항이 더 작다. 그러나 공기 중에 방치하면 산소, 질소, 수증기 등과 잘 반응하므로 도체로 사용하는 경우는 적다. 공기 중에서 잘 발화하지 않지만 연소시킬 경우 밝은 주황색 불꽃을 낸다. 녹는점은 842℃, 끓는점은 1484℃이다. 두 가지의 동소체와 24가지의 동위 원소가 알려져 있으며, 결정 구조는 면심 입방 구조이다.
탄소-13
탄소-13(C)은 탄소 동위 원소의 일종으로, 자연에 존재하는 탄소의 안정 동위 원소 2개 중 하나이다. 원자핵 안에 양성자 6개와 중성자 7개가 포함되어 있다. 지구에서는 전체 탄소의 약 1.1%를 차지한다. 붕소-13, 붕소-14, 붕소-15, 붕소-17, 질소-13, 질소-17의 방사성 붕괴 과정에서 생성된다.
폴로늄
천연 방사성계열에는 7종의 동위 원소가 존재하는데, 토륨 계열에는 토륨 A(216Po), 토륨 C'(212Po)가, 우라늄 계열에는 라듐 A(218Po), 라듐 C'(214Po), 라듐 F(210Po)가, 악티늄 계열에는 악티늄 A(215Po), 악티늄 C'(211Po)가 속한다. 이 중에서 라듐 F(210Po) 이외는 수명이 짧다. 210Po은 우라늄 238 238U의 붕괴 생성물로서 우라늄 광석 속에 함유되어 있지만, 피치블렌드에는 광석 1t당 0.1mg 이하의 미량이 함유되어 있다. 클라크수는 4×10(제87위)이다. 최근에는 비스무트를 원자로 내에서 중성자를 조사하여 라는 핵반응에 의해서 생긴다.
강자성
오른쪽 표는 강자성과 준강자성체 혼합물과 퀴리 온도를 정리해 놓은 것이다. 퀴리 온도는 자발적인 자화 현상이 일어나지 않는 임계 온도로, 퀴리 온도보다 높은 온도에서는 자발적인 자화를 보이지 않는다. 강자성은 화학적 물질 구성의 특성임과 동시에 결정형 구조와 미시적인 구성의 특성이기도 하다. 강자성 금속 합금에는 Heusler 합금이라고 하는 합금을 구성하는 금속 성분 자체는 강자성을 띄지 않는 경우가 있다. 반대로, 스테인리스강 같은 종류의 합금의 경우 구성하는 금속들은 강자성을 띄지만 합금은 자성을 띄지 않는 비자성 합금이 있다. 한편 액체 상태의 강자성 합금을 아주 빠르게 냉각시킴으로써 비결정성 강자성 금속 합금을 만들 수 있다. 이러한 비결정성 강자성 금속 합금은 거의 등방적인 성질(결정축으로 정렬되지 않은 상태)을 가진다는 장점이 있는데 보자력과 히스테리시스 손실이 낮고, 투자율과 비저항이 높다는 성질을 가진다. 비결정질 강자성 합금은 주로 전이 금속과 준금속의 합금으로 약 80%의 전이 금속(일반적으로 철, 코발트, 니켈)과 녹는점을 낮추는 준금속 구성요소(붕소, 탄소, 규소, 인, 알루미늄)으로 구성된다. 희토류 자석은 최근에서야 밝혀진 새로운 자성의 종류로, 이들은 예외적으로 강한 강자성을 띄며 일반적인 강자성보다도 훨씬 센 자성을 가진다. 란탄족 원소들이 이 분류에 포함되는데, 란탄족 원소들은 국부화된 f-오비탈에서 큰 자기 쌍극자 모멘트를 가지는 것으로 알려져 있다.
전형 원소
전형 원소(typical element, 典型元素)는 화학 계열의 하나로, 원자번호 1-20, 31-38, 49-56, 81-88 구간에 위치한 마흔네 원소들을 일컫는 말이다. 이 이름은 원래 원소들을 분류하던 초기에 족별 성질이 극명하게 드러나는 대표적인 원소들을 총칭해서 부르는 말이었으나, 이후 개념이 약간 변형되어 오늘에 이르고 있다. 상대적인 개념으로 전이 금속이 있으며, 요즘은 이 용어를 잘 사용하지 않는다.
프랑슘
프랑슘(←, ←)은 화학 원소로 핵반응으로 만드는 알칼리 금속이다. 원소기호는 Fr(←)이며, 원자번호는 87이다. 다른 말로 에카-세슘 또는 악티늄-K 로 부르기도 한다. 알칼리 금속 중에서 가장 무거운 원소이다. 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘과 같은 다른 알칼리 금속처럼 프랑슘도 화합물에서 +1가 형태의 이온 형태를 띠고(Fr), 화학적 성질은 세슘과 매우 비슷하다. 프랑슘의 가장 안정한 동위 원소의 반감기는 22분으로 매우 불안정하기 때문에, 아직 많은 양의 원소를 만들지는 못했다.
원소 (화학)
원소 이름의 유래는 원소라는 개념 자체가 없던 고대로 거슬러 올라가기 때문에, 황, 금 같이 고대부터 이미 잘 알려져 있던 원소들은 각 나라와 언어 별로 서로 다른 이름을 가지고 있다. (예를 들어 독일어의 과 영어의 은 모두 나트륨을 가리킨다.) 그러나 국제적으로 통용되는 원소의 영어 이름은 국제순수·응용화학연합(IUPAC)이 결정하며, 영국식 영어와 미국식 영어에서 유래한 이름이 서로 섞여 있다. 원소의 한국어 이름은 대한화학회가 결정하며, 2007년부터는 모든 원소의 명칭을 독일어가 아닌 IUPAC에서 정한 대로 부르고 있다.
칼륨 동위 원소
칼륨 (K)은 K에서 K까지 25 종의 동위 원소가 알려져 있다. 이 중 자연적으로 산출되는 것은 안정 동위 원소인 K (93.3%), K (6.7%)와 방사성 동위 원소인 K (0.012%)이다.
크립톤
자연에 존재하는 크립톤에는 모두 여섯 종류의 동위 원소가 존재하고 30여개의 불안정한 방사성 동위 원소와 핵 이성질체가 존재한다. 크립톤-81은 액체 공기를 분별 증류하여 크립톤을 얻는 과정에서 함께 얻어지는 방사성 동위 원소로 반감기가 약 23만 년이다. 5만~80만 년 정도 된 지하수의 연대를 측정하는데 사용된다. 크립톤-85는 반감기가 10.76년인 방사성 비활성 기체이다. 핵실험이나 원자로 등에서 우라늄과 플루토늄의 핵분열로 인해 생성되는 부산물이다. 원자로 제어봉을 재처리하는 과정에서 발생된다.
알칼리 토금속
알칼리 토금속(alkaline earth metal, -土金屬)은 화학 계열로 주기율표의 2족 원소를 말한다. 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra)이 이에 해당한다.
네온
네온을 비롯한 비활성 기체들이 잇달아 발견됨에 따라 이들이 주기율표에 18족(8A족)으로 들어가게 됨으로써 주기율표의 정확성이 입증되고, 가장 전기음성인 할로겐족 원소와 가장 전기양성인 알칼리 금속 사이의 연결 고리가 만들어졌다. 그리고 이들 원소들이 화학 반응성이 없고 단원자 분자로 존재한다는 사실에서, 원소들의 성질을 원자가 전자의 수로 설명하는 옥텟 규칙(octet rule, 최외각 전자 껍질에 8개의 전자를 갖는 것이 가장 안정하다는 규칙)이 나오게 되었다.
리튬 동위 원소
리튬은 자연에서 Li(존재 비율 7.6%)과 Li(존재 비율 92.4%)의 두 가지 안정 동위 원소로 구성되어 있으며 원자량 3에서 12 사이에 8개의 방사성 동위 원소와 2개의 이성질핵이 존재한다. 이들 중 비교적 안정한 것은 Li(반감기 838밀리초), Li(반감기 178밀리초), Li(반감기 8.6밀리초) 등이다. 나머지 리튬 동위 원소들은 모두 반감기가 10나노초 미만이다. 현재까지 Li의 반감기는 알려져 있지 않다.
근대 화학의 성립
아보가드로가 생각한 원소의 개념과 돌턴이 생각한 원소의 개념 간에는 많은 차이점이 있다. 아보가드로는 기체 원소를 두 개의 원자가 결합한 분자의 형태로 보았지만 돌턴은 기체 원소를 원자가 독립적으로 존재하는 형태로 보았다. 그러나 한 종류의 원자로 이루어진 물질이라는 생각은 동일했다. 오늘날의 시각으로 볼 때 비활성 기체인 네온이나 아르곤, 헬륨과 같은 기체 물질의 경우에 대해서는 돌턴의 생각이 옳았고, 수소, 산소, 질소와 같은 기체 물질의 경우에 대해서는 아보가드로의 견해가 타당한 것이었다.
초전도 현상
초전도는 다양한 종류의 물질에서 나타나는데, 주석이나 알루미늄과 같이 한가지 원소로 된 물질에서도 일어나고, 다양한 금속 합금이나 도핑된 세라믹 물질에서도 나타난다. 한편 초전도는 금이나 은과 같은 귀금속에서는 나타나지 않으며, 순수한 강자성 금속에서도 나타나지 않는다.
비결정 반도체
비결정 반도체(非結晶半導體) 또는 비결정성 반도체(非結晶性半導體)란, 비결정 상태의 반도체이며, 아모퍼스 반도체()라고 불리기도 한다. 결정 상태의 반도체와 비교해서 여러 가지 물성이 크게 다른 것을 사용하며, 수광소자에 응용되고 있다.
알칼리 금속
알칼리 금속(alkali metal, -金屬)은 주기율표의 1족 가운데 수소를 제외한 나머지 화학 원소를 통틀어 일컫는 표현으로 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)이 이 화학 계열에 속한다. 반응성이 매우 강하여 산소나 물, 할로젠 원소 등과 만나면 빠르게 반응을 일으킨다.
적색왜성
현재 밝혀지지 않은 의문은, 금속이 없는 적색왜성이 아직 발견되지 않았다는 것이다.(금속은 수소와 헬륨보다 무거운 모든 원소를 일컫는 말이다.) 대폭발 이론에 따르면 최초로 생겨난 별들은 수소, 헬륨, 리튬으로만 구성되었다. 만약 최초의 별들 중 적색왜성이 있었다면, 이들이 우주의 나이보다 훨씬 오래 살 수 있음을 고려할 때, 금속이 없는 왜성들은 지금도 발견되어야 한다.
마그네슘
마그네슘(, ←)은 알칼리 토금속에 속하는 화학 원소로 기호는 Mg(←)이고 원자 번호는 12이다. 실온에서 은백색의 가벼운 금속으로 존재한다. 반응성이 크고 2가 양이온이 되려는 경향이 있으므로 자연에서는 주로 마그네사이트, 백운암, 활석, 석면 등의 화합물의 형태로 발견된다. 지구의 지각에서는 질량 기준으로 약 2.5%를 차지하여 7번째로 많이 존재하는 원소이며, 우주 전체에서는 8번째로 많이 존재하는 원소이다. 해수에는 이온(Mg)의 형태로 존재하며, 해수 속 이온 중에서는 염화 이온(Cl), 나트륨 이온(Na) 이어 세 번째로 많은 양이다.
금속
철에 습기 있는 공기가 닿으면 부슬부슬한 녹으로 변한다. 녹은 철과는 그 성질이 아주 다르다. 그러나 이 녹은 철이 자연의 모습으로 돌아간 것에 지나지 않는다. 본래 철은 자연 상태로는 산화물의 형태로 존재하고 있다. 철의 원료는 적철광(FeO)이나 자철광(FeO)으로, 철이 산소와 결합된 것이다. 이것은 철의 경우에만 한하는 현상은 아니다. 다른 금속도 대부분은 산화물 또는 다른 원소와의 화합물로서 자연에 존재하고 있다. 그것이 지구를 둘러싸고 있는 지각 중의 암석이다. 지각의 암석을 형성하고 있는 원소는 산소와 규소가 그 70% 이상을 차지하고 있으며 금속 원소는 그렇게 많은 것은 아니다. 예를 들어 금속 원소가 어디나 균일한 비율로 지각 속에 분포되어 있다고 하면 암석 중의 금속 함유량은 매우 적은 것일 수 밖에 없다. 실제로 지각의 평균 화학조성을 중량의 백분율로 나타낸 클라크 수에 의하여 계산해 보면, 야구공 정도의 크기의 납 덩어리(부피 약 180cm, 무게 약 2㎏)를 얻기 위해서는 약 100t의 암석을 채집해야 한다는 결론이 나온다. 그만한 암석을 채집한다는 것은 운반비만으로도 엄청난 비용이 들게 된다. 다행히도 지각 중의 금속 원소는 어디나 균일하게 분포되어 있지는 않다. 지구가 형성되는 과정에서 금속 원소는 각각 농도 높은 광석으로 되어, 이른바 광상을 이루고 있는 것이다. 이 광상을 채굴함으로써 인간은 경제적으로 광석에서 금속을 얻을 수가 있는 것이다. 납을 예로 들면 지각 중의 평균 함유량은 0.002%에 지나지 않지만, 광석 중에는 약 5%의 납이 들어 있다.
전기 전도체
전도물질은 금속,전해질,초전도체,반도체,플라즈마 그리고 흑연과 전도성고분자 같은 몇몇 비금속 전도체가 있다.
유기금속화학
전형원소(Li,Mg,Al,Zn)의 유기금속화합물은 일반적으로 전기음성도가 낮은 금속과 상대적으로 전기음성도가 높은 탄소의 결합이 이온결합적인 성질을 띄기 때문에, 극성반응에 있어서 높은 반응성을 보인다.
미량 원소
생물학에서 미량 원소는 생물의 생장, 발달, 생리가 올바르게 작용할 수 있으면서 비록 극히 적은 양이지만 꼭 필요한 화학 원소이다. 이를테면 철, 아연, 망간, 붕소 등이 있다. 미량 영양소, 미량 요소라고도 한다.
분자
분자식
-화학식 종류들
프로트악티늄 동위 원소
프로트악티늄은 안정 동위 원소가 존재하지 않으나, 세 가지 천연 동위 원소(Pa, Pa, Pa)가 존재하므로 표준 원자량을 구할 수 있다. 이 중 Pa이 거의 전부를 차지한다. 총 29가지의 방사성 동위 원소와 3가지의 이성질핵이 발견되어 있으며, 그 중 가장 안정한 것은 32,760년의 반감기를 갖는 Pa, 26.967일의 반감기를 갖는 Pa, 17.4일의 반감기를 갖는 Pa 순으로 안정하다. 이밖의 방사성 동위 원소들은 모두 1.6일보다 짧은 반감기를 가지고 있으며, 대부분은 1.8초 미만이다. 원자량 231 미만의 동위 원소들은 주로 알파 붕괴를 통해 악티늄 동위 원소로 붕괴하며, 그보다 원자량이 큰 동위 원소들은 β 붕괴를 통해 주로 우라늄 동위 원소로 붕괴한다.
나트륨
지구 지각 내 원소 함량에서 6번째에 속하지만 강한 반응성으로 인하여 금속임에도 불구하고 화학식으로 나타낼수 있으며, 홑원소 물질로는 존재하지 않고 대부분 장석이나 염화 나트륨과 같은 형태로 존재한다.
붕소 동위 원소
붕소는 자연에서 B와 B 두 종류의 동위 원소로 구성되어 있으며, B은 전체 붕소의 약 80%를 차지한다. 붕소 시료에 따라 존재 비율에는 약간씩 차이가 난다. 이외에 원자량 6~21 사이에 14가지의 방사성 동위 원소가 존재한다. 모두 반감기가 짧아 제일 안정한 B도 반감기가 770밀리초에 불과하다. 원자량 10 이하의 동위 원소는 주로 헬륨이나 베릴륨의 동위 원소로, 11 이상의 동위 원소는 주로 탄소 동위 원소로 붕괴한다.
타이타늄 동위 원소
타이타늄, 티타늄 또는 티탄(Ti)은 자연에서 5가지의 안정 동위 원소(Ti, Ti, Ti, Ti, Ti)로 구성되어 있으며, 이들 중 Ti이 73.8%로 가장 흔하게 존재한다. 이 밖에 원자량 38~63 사이에 21가지의 방사성 동위 원소가 발견되었으며, 가장 안정한 것은 반감기가 약 60년인 Ti, 반감기가 184.8분인 Ti, 반감기가 5.76분인 Ti 등이다. 이 밖의 방사성 동위 원소들의 반감기는 33초 이하이며, 대부분은 1초 이하이다. 원자량 48 미만인 동위 원소들은 주로 양의 베타 붕괴(β)를 통해 스칸듐 동위 원소로 붕괴하며, 원자량 48을 초과하는 동위 원소들은 주로 음의 베타 붕괴(β)를 통해 바나듐 동위 원소로 붕괴한다.
탄소
풀러렌은 합성 결정체로, 흑연과 비슷한 구조를 하고 있지만 육각형 고리로만 구성된 흑연과는 달리 오각형 또는 칠각형 고리를 가지고 있다. 탄소 원자들이 흑연 판에서 떨어져 나가거나 새로 추가되면 판은 구, 타원구, 원통 형태로 휘게 된다. 풀러렌은 버크민스터풀러렌(버키볼), 탄소 나노튜브(버키튜브), 탄소 나노돌기로 나눌 수 있다. 풀러렌의 특성은 아직 완전히 밝혀지지 않았으며, 나노 물질 분야에서 활발히 연구되고 있다. 풀러렌과 버크민스터풀러렌(버키볼)이라는 명칭은 디오데식 돔의 발명가인 리처드 버크민스터 풀러의 이름을 딴 것이다. 버크민스터풀러렌은 삼각피라미드 분자 구조를 하고 있는 고분자 물질이며, 회전 타원체 형태이다. (가장 잘 알려져 있고 단순한 것은 축구공 모양의 C60 버크민스터풀러렌이다[18]) 탄소 나노튜브는 버크민스터풀러렌과 구조적으로 비슷하지만, 속이 빈 원통 형태로 굽은 판에서 각 원자들이 삼각피라미드 구조로 결합해 있다.[19][20] 탄소 나노돌기는 2007년에 처음 밝혀졌으며, 버크민스터풀러렌이 탄소 나노튜브에 공유결합되어 있다. [21]
바륨
바륨(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Ba(←), 원자 번호는 56이다. 무른 은색의 금속 원소로, 알칼리 토금속에 속하며 녹는점이 매우 높다. 바륨은 산화물 또는 황산염 상태로 중정석 광물에서 산출된다. 그러나 공기와의 높은 반응성 때문에 순수한 금속으로는 산출되지 않는다. 바륨 화합물은 페인트나 유리 제조에 소량이 사용되며, 이들 중 물 또는 산에 녹지 않는 바륨 화합물인 황산 바륨은 X선의 조영제로 사용되기도 한다. 바륨 이온은 독성이 있으므로 수용성 바륨염 및 위산과 반응할 수 있는 탄산 바륨 등을 조영제로 사용하는 일은 절대로 없어야 한다.
분자
물질의 구성요소로서의 분자들은 흔히 유기 물질에 속한다(생화학에서). 그들은 또한 해양과 대기의 대부분을 구성한다. 그러나 지각, 맨틀, 그리고 지구의 핵을 구성하는 대부분의 미네랄을 포함하는 지구에 있는 친숙한 고체 물질들의 대다수는 많은 화학 결합들을 포함한다 그러나 알아볼 수 있는 분자들로 이루어있지는 않다. 또한, 어떤 전형적인 분자도 이온 결정(염) 과 공유결정(공유결합)으로 정의될 수 없다. 비록 이것들이 종종 일차원으로 (예를들어 그래핀처럼) 또는 삼차원으로(예를 들어 다이아몬드, 석영, 염화나트륨처럼)또는 에서 반복되는 단위세포로 구성되어 있을지라도 말이다. 이 반복되는 단위세포 구조의 주제는 또한 대부분 금속 결합과 응축상을 지지한다. 이 것은 고체 금속이 분자로 이루어져 있지 않다는 것을 의미한다. 유리(유리같은 무질서한 상태에서 존재하는 고체)에서 원자들은 또한 한정할 수 없는 어떤 분자의 존재의 없음 또는 결정을 특성화하는 반복되는 단위의 규칙성이 없음과 함께 화학 결합에 의해 붙어있을지도 모른다.
칼슘
칼슘(, ←, )은 화학 원소로 주기율표에서 기호는 Ca이고 원자 번호는 20, 원자량은 40.078이다. 은회색의 무른 알칼리 토금속 원소이며 지구의 지각에서 질량 기준으로 다섯 번째로 풍부한 원소로 백악, 석회암, 대리암과 같은 암석에서 많이 발견된다. 해수에서는 칼슘 이온이 다섯 번째로 많이 존재하는 이온이다. 생물에게 필수적인 원소로, 생물 내에 가장 많이 존재하는 금속 원소이다. 산소나 물과 쉽게 반응하며, 자연에서는 탄산 칼슘, 플루오린화 칼슘, 황산 칼슘 같은 화합물의 형태로 존재한다. 녹는점은 1115K(842℃)이고, 끓는점은 1757K(1484℃)이며, 밀도는 20℃에서 1.55g/cm이다.
초우라늄 원소
원자 번호 1에서 92까지의 원소는 네 종류(Tc, Pm, At, Fr)를 제외하고는 지구 상에서 어렵지 않게 발견할 수 있다. 안정 원소이거나, 반감기가 긴 동위 원소가 있거나, 우라늄의 붕괴 생성물이다.
철
철(鐵, ) 또는 쇠</b>는 화학 원소로 기호는 Fe(←)이고 원자 번호는 26이다. 철은 핵융합으로 생성되는 최종 원소로, 초신성 등의 격변적인 사건을 필요로 하지 않는 가장 무거운 원소이다. 따라서 우주에 가장 많이 퍼져 있는 중금속이다. 또한 철은 인류가 가장 많이 사용하는 금속 중의 하나이며 차량, 선박, 항공기, 주택, 각종 생활용품 등 많은 분야에서 사용되고 있기 때문에 인류에게 있어서 철은 없어서는 안되는 중요한 금속이다.
색
또 유기물질은 탄소 수소 이외에 산소·질소·황과 같은 원소를 함유하고 있는 것도 있다. 같은 불포화결합이라도 탄소 이외의 원소가 관계하고 있는 경우에는 상태도 각기 다르다. 이와 같이 분자에 존재하는 불포화결합의 유무와 또 그 불포화결합의 종류에 따라서 분자는 색을 달리하게 된다. 이와 같이 발색에 관계하는 결합을 '발색단(chromophore)'이라고 하며, 제각기 특별한 명칭이 붙어져 있다. 이 밖에 －NR2, －NHR, －NH2, －OH, －OCH3 등의 원자단이 발색단과 결합되어 있으면 색이 잘 나타나게 되므로, 이러한 원자단을 '조색단'이라고 한다.
중금속
중금속에 대한 좀 더 엄격한 정의는 중금속을 희토류 금속보다 무거운 금속으로 제한하여 정의하고 있다. 이러한 원소들 중 생물학적 체계에 필수적인 원소는 없다. 잘 알려진 비스무트나 금을 제외하고는 모두 치명적인 독성을 가지고 있다. 토륨과 우라늄은 종종 중금속에 포함되지만, 대개는 "방사성 금속"이란 표현으로 불린대.
중성자
중성자는 아원자 강입자(subatomic hadron)로써 n이라고 표시한다. 전하는 없으며 질량은 양성자보다 조금 크다.경수소를 제외한 다른 원자의 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져있으며 이 둘을 합쳐 핵자라 부른다. 원자핵을 이루고 있는 양성자의 갯수를 원자 번호라 하며 이는 원소의 종류를 결정한다. 중성자는 핵력을 통해 중성자와 묶여 원자핵을 이룰 수 있으며 양성자들 끼리만 모여있으면, 서로 같은 전하를 띠고 있어 반발한다(diproton 참조). 이 때 양성자들을 반발시키는 전자기력이 핵력의 인력보다 강하기때문에 양성자만으로는 원자핵을 이룰 수 없다.[1] 중성자의 수는 물질의 동위 원소를 결정한다. 예를 들면, 탄소의 대다수를 차지하는 탄소-12는 6개의 양성자와 6개의 중성자를 가지고 있는 반면 그 수가 매우 적은 탄소-14는 6개의 양성자와 8개의 중성자를 가지고 있다.
금강석의 종류
특히 화학적 불순물에 따른 분류의 경우 각각의 형이 다이아몬드 향상기술(diamond enhancement techniques)를 적용할 때 다르게 반응한다. 서로 다른 화학적 불순물에 따른 다이아몬드 분류에서는 같은 결정 내에 서로 다른 형이 공존할 수 있다. 자연 금강석은 흔히 Ia형과 Ib형의 혼합형인데 이는 적외선흡수스펙트르로 분석할 수 있다.
나트륨
NaOH(수산화나트륨, 가성소다), NaNO3(질산 나트륨), Na2S(황화 나트륨), Na2SO4(황산 나트륨) 등이 있다. 이들 나트륨 이온(Na+)이 포함된 염들은 물에 잘 녹는다.[5]
비활성 기체
비활성 기체(非活性氣體) 혹은 불활성 기체(不活性氣體), 희가스(稀gas), 귀족 기체(noble gas)는 화학 계열로 주기율표의 18족 원소를 말한다. 최외각 전자가 모두 차 있는 이러한 원소들은 전자를 주고 받기 힘들기 때문에 화학결합을 하기 어렵다.
비금속
다음은 비금속에 속하는 원소들이다. 수소는 1족임에 주의하라.
사염화 탄소
물이 포함되어 있지 않은 사염화 탄소는 알루미늄을 제외한 금속을 부식시키는 능력이 없으나 물이 포함되어 있을 경우 사염화 탄소가 가수분해되어 철, 구리, 니켈 등의 금속을 부식시킬 수 있는 능력이 생긴다. 사염화 탄소는 무극성 분자이다.
산소
산소는 화학적으로 매우 활성이 높은 원소이다. 금, 백금, 은 등의 귀금속이나 비활성 기체, 할로젠(플루오린 제외) 등과는 직접 반응하지는 않지만, 그밖에 원소와는 직접 반응하여 산화물을 만든다. 반응의 예로는 다음과 같은 것이 있다.
일반적으로 이러한 반응은 발열 반응이고, 경우에 따라서는 연소를 일으키기도 한다. 실험실에서 산소의 존재를 확인하는 간단한 방법은 산소를 꺼져 가는 불씨에 반응시키는 것이며, 이때 불씨는 다시 타오른다.
제논 (원소)
제논(←) 또는 크세논(←)은 화학 원소로 기호는 Xe(←), 원자 번호는 54이다. 무색의 무겁고 냄새가 없는 비활성 기체로, 지구 대기 중에 미량이 존재한다. 1898년 영국의 윌리엄 램지에 의해 처음 발견되었으며, 1962년 비활성 기체 중에서는 처음으로 제논 화합물이 만들어졌다.
화학
동위원소는 아이소토프 또는 동위체라고도 한다. 서로 화학적으로는 거의 구별하지 못하지만 그것을 구성하고 있는 원자의 질량이 서로 다른 원소를 동위원소라고 한다. 영어의 isotope는 그리스어인 isos(같은)와 topos(장소)의 합성어인데, 질량은 서로 달라도 원소의 주기율표에서 같은 장소에 배열되는 데서 1901년 영국의 화학자 F. 소디가 isotope라는 명칭을 붙였다. 대부분의 원소는 동위 원소를 가진다. 동위 원소는 원자 번호는 같으나, 중성자수가 다른 원소를 뜻한다. 동위 원소는 화학적인 성질은 동일하나, 원자량의 차이를 이용하여 분리할 수 있다. 자연에서도 발견되는 92개의 원소 중 88개는 동위 원소가 지표면 상에 존재한다. 자연에서 발견되지 않더라도 동위 원소는 핵반응을 이용하여 만들어낼 수 있다. 어떤 동위 원소는 방사능을 가지기도 하는데, 이 경우 동위 원소의 원자핵은 불안정하고 방사선을 방출하며 자연적으로 붕괴된다.
유기금속화학
중요한 유기금속화합물로서 금속카보닐, 페로센 등의 메탈로센을 꼽을 수 있다. 유기금속화학에는 규산, 비산, 붕산등의 반금속의 화합물도 포함된다. 예를 들면 유기붕소화합물인 트라이에틸보레인 (EtB) 등이 여기에 속한다. 또한 치글러-나타 촉매로 사용되는 알루미늄과 같은 비금속도 포함된다.
무기 화합물
무기 화합물(無機化合物, , 간단히 무기물)은 유기 화합물 이외의 화합물이며, "무기"라는 뜻 그대로 생명력이 없고 생물적이지 않은 발생 최초의 형태의 화합물이다. 무기 화합물이 탄소와 수소 원자가 결여되어 있는 반면, 시스템 생물학에서 유기 화합물의 합성은 탄수화물을 분자 구조로 통합시킨다. 유기화학자들은 전통적으로 탄소를 포함하는 모든 분자를 가리켜 유기 화합물로 일컫는데, 다시 말해 기본적으로 무기화학은 탄소가 없는 분자를 다룬다는 것을 의미한다. 그러나 생물학자들은 유기 화합물과 무기 화합물을 탄소 원자의 존재를 조건으로 하지 않는 다른 방법으로 구분하기도 한다. 이를테면 유기 물질의 풀(pool, 저장소)은 부패 조직 안에 살아남은 조직에 물질 대사적으로 통합되지만 분자는 대기의 CO와 같은 개방된 환경에 산화되므로 이는 무기 화합물의 별개의 풀을 만들게 된다는 것이다. 개방계와 폐쇄계를 다룰 때에는 무기 화합물과 유기 화합물의 구별이 늘 분명하지는 않다. 그 이유는 모든 것이 궁극적으로 지구 위의 다른 모든 것과 연결되기 때문이다.
알루미늄 동위 원소
알루미늄은 자연에 Al(안정 동위 원소)과 Al(반감기 7.2×10년인 방사성 동위 원소) 두 종류의 동위 원소가 존재하며, 이 중 Al이 차지하는 비율은 99.9% 이상이다. 이 밖에 원자량 21~42 사이에서 22종류의 방사성 동위 원소와 4종류의 이성질핵이 알려져 있으며, 모두 반감기가 7분 이하이고 대부분은 1초 이하이다.
주석 (원소)
주석(朱錫, ), 석(錫), 상납(上납) 또는 동납철(銅鑞鐵)은 화학 원소로 기호는 Sn(←), 원자 번호는 50이다. 은색의 가단성이 있는 전이후 금속으로 쉽게 산화되지 않으며 부식에 대한 저항성이 있다. 합금 또는 다른 금속의 부식을 막기 위한 도금에 사용된다. 석석 광물에서 산화물 상태로 산출된다.
희토류 원소
희토류 원소(稀土類元素, )는 주기율표의 17개 화학 원소의 통칭으로, 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y), 그리고 란타넘(La)부터 루테튬(Lu)까지의 란타넘족 15개 원소를 말한다. 이들을 묶어 희토류로 통칭하는 이유는 서로 화학적 성질이 유사하고 광물 속에 그룹으로 함께 존재하기 때문이다. 종종 악티늄족 원소를 포함시키는 경우도 있다.
11족 원소
11족 원소는 과거에 주화로 많이 사용되었기 때문에 주화 금속(coinage metal, 鑄貨金屬)이라고도 하며, 주기율표의 열한번째 족에 속하는 화학 원소이다. 뢴트게늄을 제외하고 3개의 금속은 귀금속에 속하는 원소이다.
탄소
단일 탄소 원자는 매우 수명이 짧다. 따라서 탄소는 보통 여러 분자 배열을 가진 다양한 원자 구조, 즉 안정적인 동소체로 존재한다. 대표적인 탄소 동소체로는 비정질 탄소, 흑연, 다이아몬드 등이 있다. 신물질인 풀러렌은 오늘날 주로 합성하여 연구에 사용되며, 풀러렌에는 버크민스터풀러렌[18][19], 탄소 나노튜브[20], 탄소 나노돌기[21], 탄소 나노섬유[22][23] 등이 있다. 이외에도 론스달라이트[24], 유리상 탄소[25] , 탄소 나노폼[26], 선형 아세틸렌성 탄소[27] 등이 있다.
비소 동위 원소
비소는 자연에서 1가지의 안정 동위 원소(As)로만 구성되어 있으며, 이 밖에 32가지의 방사성 동위 원소와 최소 10가지의 이성질핵이 발견되어 있다. 방사성 동위 원소들 중 가장 안정한 것은 As으로, 반감기는 약 80일이다.
희소금속
희소금속(稀小金屬)은 천연의 존재량 자체가 적은 금속이나 수량은 많지만 농축된 고품위(高品位)의 광석이 적은 금속, 수량은 많지만 순수한 금속으로서 추출하기 힘든 금속 등 세가지 중에서 어느 한 가지에 해당되는 금속을 일컫는다. 예를 들면 바륨·베릴륨·셀레늄·갈륨·게르마늄·니오브·토륨·우라늄 등이다. 이 희소금속은 첨단기술산업은 물론 여러 가지 산업에 이용되고 있다.
비결정성 금속
결정이란 원자가 주기적인 배열을 하고 있는 것을 가리킨다. 특히 금속은 고체일 때 반드시 원자가 주기적으로 배열되어 있다. 한편 비정질(非晶質)인 고체물질도 적지 않은데, 유리는 전형적인 비정질의 예이다. 다시 말해서 원자가 제멋대로 흩어져 있는 상태이다. 금속이 비교적 열전도, 전기전도가 좋은 것은 결정이기 때문인 것으로 알려져 있었다.
필수 원소
필수 원소(必須元素)는 생물이 존재하는데 필요한 원소를 말한다.
필수 원소에는 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 철등 총 29종류가 있다. 그 중 가장 중요한 10개의 원소를 10원소라고 한다.여기서 나오는 29원소는 자연계의 동, 식물이 존재하는데 있어 필요한 원소이다. 나머지 지구상에 존재하는 원소들은 존재하지 않는다해도 자연계를 유지하는데 전혀 문제가 없다.
하지만 29개 원소는 필수 미량 원소라도 꼭 필요한 원소이다.
비정질 고체
비정질(非晶質; Amorphous solid), 비결정성 고체(Noncrystalline solid) 또는 무정형 고체는 원자들의 위치에 장거리 질서가 존재하지 않는 고체를 뜻한다. (비결정성 고체에 속하지 않는 고체를 결정질이라 한다.) 많은 수의 고체가 비결정성 고체인데, 가장 흔한 예로 유리를 들 수 있고, 폴리스틸렌 등의 중합체나, 솜사탕 같은 음식도 여기에 속한다.
안료
무기안료에는 유기 착색(有機着色) 물질에 있는 것 같은 발색단이나 조색단이 없다. 그러나 대신에 무거운 금속을 함유하고 있다. 금속의 원자(이온)는 유기물질의 골격을 이루고 있는 탄소에 비해 원자핵을 둘러싼 전자의 수가 압도적으로 많다. 예를 들면 3가인 철이온은 26개, 코발트이온은 27개의 전자를 가지고 있다. 전자가 원자핵의 주위를 둘러싸는 상태는, 이미 설명한 바와 같이 전자의 수가 많아지면 많아질수록 바깥쪽 궤도로 들어가게 된다. 또 각 궤도로 들어간 전자는 각각 특정한 에너지를 가지고 있고, 인접한 궤도간의 에너지 차이는 바깥쪽 궤도인 것일수록 작아진다. 즉 전자는 비교적 용이하게, 궤도간의 차이만큼의 에너지를 받거나 버리거나 하여 하나의 궤도에서 다른 궤도로 이동하게 된다. 이러한 원인으로 철이나 코발트의 원자는 비교적 에너지가 낮은 가시광선을 흡수하게 되며, 이로써 발색(發色)이 되는 것으로 생각된다. 물론 이와 같은 상태를 금속과 화합한 다른 원소에 의해 크게 영향을 받는다.
란타넘
란타넘(←) 또는 란탄(←), 란타늄(←)은 화학 원소로 기호는 La(←), 원자 번호는 57이다. 란타넘은 은백색의 금속으로 대개 란타넘족으로 분류한다. 세륨이나 희토류 원소와 함께 산출된다. 란타넘은 가단성과 연성이 있고, 칼로 자를 수 있을 만큼 무르다. 희토류 원소 중에 가장 반응성이 크다. 단, 대부분의 란타넘족 원소들이 자성이 있는 데 반해 란타넘은 자성이 없다.
바나듐 동위 원소
바나듐은 자연에서 한 종류의 안정 동위 원소(V)와 한 종류의 방사성 동위 원소(V, 반감기 1.5×10년)로 구성되어 있다. 이 밖에 원자량 40~65 사이에 24가지의 인공 방사성 동위 원소가 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 반감기가 약 330일인 V와 반감기가 15.9735일인 V이다. 이외의 방사성 동위 원소들은 모두 반감기가 1시간 미만이며, 대부분은 10초 미만이다. 또한, 4가지의 동위 원소에서는 이성질핵이 발견되었으며, 이 중 V은 두 가지의 핵 이성질체를 가지므로 총 5가지의 이성질핵이 존재한다.
금강석의 종류
금강석의 종류는 화학적 불순물이나 생성조건에 따라 과학적으로 분류된다. 화학적 불순물로 분류하는 경우 크게 Ia, Ib, IIa, IIb의 네 가지로 나눈다. 생성조건에 따라 분류하는 경우에는 P형과 E형으로 나눈다. 불순물은 내부포유물과는 달리 원자크기에서 결정격자에 탄소를 대신하여 끼여들어가있는 것이므로 적외선 분광계로 검출한다.
수소
수소(水素, )는 주기율표의 가장 첫 번째(1족 1주기) 화학 원소로, 원소 기호는 H(←)이다. 원자 번호는 '1'이다. 수소 원자는 우주에서 가장 흔하며 가볍고 무색의 원자이다. 1족 원소로서는 유일한 비금속 원소이다.