연필이나 유리컵을 바로 원소·화합물로 나눌 수 있나요?

물건 이름만 보고 나누면 안 됩니다. 연필·유리컵은 모양과 쓰임이 있는 물체이고, 원소·화합물을 구별할 때는 그 물체를 이루는 물질(재료)을 살펴봅니다. 연필처럼 여러 재료가 들어 있는 물건은 어떤 재료를 말하는지 먼저 정해야 분류할 수 있습니다.

순물질과 혼합물은 어떻게 다른가요?

순물질은 한 가지 물질로만 이루어진 것이고, 혼합물은 두 가지 이상의 물질이 섞여 있는 것입니다. 설탕물은 맑게 보여도 설탕과 물이 섞여 있으므로 혼합물이고, 공기도 여러 기체가 섞인 혼합물입니다. 겉모습만으로 구별하지 않습니다.

원소와 원자는 어떻게 다른가요?

원소는 물질을 이루는 기본 성분의 종류이고, 원자는 물질을 이루는 기본 입자입니다. 물의 성분 원소가 수소와 산소라는 말은 물을 이루는 성분의 종류가 두 가지라는 뜻이지, 물속에 두 기체가 섞여 있다는 뜻이 아닙니다.

원소의 종류와 원자의 개수는 다릅니다. 물 한 방울에는 수소 원자가 아주 많지만 '수소'라는 원소는 한 종류입니다. 현재 알려진 원소는 118가지입니다.

'원소는 더 이상 분해되지 않는다'에서 분해는 무슨 뜻인가요?

잘게 부수는 것이 아니라, 한 물질이 다른 종류의 두 가지 이상 물질로 나뉘는 화학적인 변화를 말합니다. 설탕을 빻거나 물을 끓여 수증기로 만드는 것은 분해가 아니고, 물에 전기를 흘려 수소와 산소를 만드는 것은 분해입니다. 한 종류의 원소로만 이루어진 물질은 이렇게 더 간단한 다른 물질들로 분해되지 않습니다.

물은 원소가 두 종류인데 왜 순물질인가요? — 화합물과 혼합물의 차이

'물질이 몇 가지인가'와 '원소가 몇 종류인가'는 다른 질문입니다. 순수한 물에는 물이라는 한 가지 물질만 있으므로 순물질이고, 동시에 수소와 산소가 화학적으로 결합해 이루어졌으므로 화합물입니다.

화합물은 서로 다른 원소가 결합한 한 가지 물질이고, 혼합물은 여러 물질이 섞인 것입니다. 소금물에서 물을 증발시키면 소금을 다시 얻을 수 있지만, 물은 끓여도 수증기가 될 뿐 수소와 산소로 나뉘지 않습니다.

수소가 잘 타면, 수소가 들어 있는 물도 잘 타나요?

아닙니다. 화합물의 성질은 성분 원소로 이루어진 물질의 성질과 다를 수 있습니다. 나트륨은 물과 격렬하게 반응하는 금속이고 염소는 해로운 기체이지만, 둘이 결합한 염화 나트륨은 물에 녹는 흰색 고체입니다.

물의 전기 분해 실험은 어떻게 하고, 무엇을 알 수 있나요?

물에 수산화 나트륨을 조금 녹여 전류가 잘 흐르게 하고, 두 극에서 생긴 기체를 따로 모아 확인합니다. (+)극 기체에서는 꺼져 가던 향불이 다시 세게 타서 산소, (−)극 기체는 불꽃을 만나 작은 소리를 내며 타서 수소라는 근거가 됩니다. 같은 온도와 압력에서 수소의 부피는 산소의 약 2배입니다.

물에서 수소와 산소라는 서로 다른 물질이 생겼으므로, 물은 분해되지 않는 원소가 아니라 수소와 산소가 결합한 화합물입니다. 수산화 나트륨은 실험이 끝나도 용액에 남아 있으므로 생긴 기체는 물에서 나온 것입니다.

라부아지에는 물의 성분을 어떻게 알아냈나요?

18세기 프랑스의 화학자 라부아지에는 가열한 철에 수증기를 통과시켜, 물의 산소 성분은 철과 결합하고 수소는 기체로 나오는 것을 확인했습니다(철 쪽의 질량 증가와 나온 기체의 성질이 근거). 반대로 수소와 산소를 반응시켜 물을 만드는 합성 실험도 같은 설명을 다른 방향에서 뒷받침합니다. 서로 다른 방법으로 얻은 증거가 모두 '물은 수소와 산소로 이루어져 있다'는 설명에 맞았고, 이는 당시 물을 기본 원소로 보던 생각과 맞지 않는 증거였습니다.

원소의 성질과 쓰임은 어떻게 연결되나요?

쓰임에 필요한 성질을 골라 연결합니다. 전류가 잘 흐르는 구리는 전선에, 가볍고 부식에 잘 견디는 알루미늄은 음료수 용기와 포장재에, 공기보다 가볍고 잘 반응하지 않는 헬륨은 풍선과 비행선에, 산소와 반응해 에너지를 내는 수소는 연료 전지에 씁니다. 같은 탄소로 이루어져도 흑연은 무르고 다이아몬드는 매우 단단한 것처럼, 입자가 이어진 방식에 따라 성질이 달라지기도 합니다.