화학식 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
{{Infobox
| title = Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>
| data2 = [[황산 알루미늄]]의 화학식은 Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>이다. 황산 알루미늄 헥사데카하이드레이트의 형태는 {{nowrap|1={{작게|Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>•16[[물|H<sub>2</sub>O]]}}}}이다.
}}
{{Infobox
| title = <ce>H-\overset{\displaystyle H \atop |}{\underset{| \atop \displaystyle H}{C}}-\overset{\displaystyle H \atop |}{\underset{| \atop \displaystyle H}{C}}-\overset{\displaystyle H \atop |}{\underset{| \atop \displaystyle H}{C}}-\overset{\displaystyle H \atop |}{\underset{| \atop \displaystyle H}{C}}-H</ce>
| data2 = n-[[뷰테인]]의 [[구조식]]이다. 이것은 화학식보다 더많은 정보를 보여준다. n-뷰테인의 화학식은 실험식 C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>, 분자식 C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>, 축약 구조식 CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>이다.
}}

[[파일:Benzol Representationen.svg|섬네일| 분자식과 다양한 구조식 그리고 그래픽 모델]]
'''화학식'''(化學式, {{llang|en|chemical formula}})은 특정한 [[화합물]]을 구성하고 있는 [[원자]], 그리고 구성 [[원자]]들의 [[화학 반응]]에서 상호관계를 나타내는 방법 중 하나이다. [[분자]]에 대해서는 '''분자식'''(分子式, {{llang|en|molecular formula}})이라고도 한다. 분자식은 구성 [[화학 원소|원소]]를 [[원소 기호]]를 이용하여 나타내고, 또한 한 [[분자]]에 각각의 [[화학 원소|원소]]에 해당하는 [[원자]]가 몇 개씩 존재하는지를 표시해 준다. [[분자]]가 특정 [[화학 원소|원소]]에 해당하는 [[원자]]를 두 개 이상 포함하고 있을 경우 [[원자]]의 수를 [[원소 기호]] 뒤에 [[아래첨자]]로 표기한다. 이온성 [[화합물]]이나 비분자성 [[화합물]]의 경우 [[아래첨자]]는 [[실험식]]에서 [[화학 원소|원소]]의 존재 비율을 뜻한다.

화학식을 적는 방법은 [[19세기]] [[스웨덴]]의 [[화학자]] [[옌스 야코브 베르셀리우스]]가 고안하였다.

== 분자식과 구조식 ==
한 개의 [[탄소]] [[원자]]와 이와 결합하고 있는 네 개의 [[수소]] [[원자]]를 가지고 있는 [[메탄]](다른말로 [[메테인]])을 예로 들자면 화학식은 다음과 같이 표기한다.
::CH<sub>4</sub>

여섯 개의 [[탄소]] [[원자]], 열두 개의 [[수소]] [[원자]], 그리고 여섯 개의 [[산소]] [[원자]]를 가지고 있는 [[포도당]]의 화학식은 다음과 같이 표기한다.
::C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub>

화학식은 반드시 특정한 [[이성질체]]를 가리키는 것은 아니지만, [[화합물]]에서 [[화학 결합|결합]]의 종류와 공간적 배치에 대한 정보를 제공한다. 예를 들어, [[에탄]]은 단일결합으로 이어진 두 개의 [[탄소]] [[원자]]를 가지고 있고, 각각의 [[탄소]]는 세 개의 [[수소]] [[원자]]와 결합하고 있다. [[에탄]]의 화학식은 CH<sub>3</sub>CH<sub>3</sub>로 표시할 수 있다. [[에틸렌]](에텐)은 두 [[탄소]] [[원자]]가 이중결합으로 연결되어 있고, 이로 인하여 각각의 [[탄소]]는 두 개의 [[수소]] [[원자]]와 결합되어 있다. 따라서 [[에틸렌]]의 화학식은 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>로 나타난다. [[탄소]]의 최외각전자가 네 개이기 때문에 [[탄소]] 사이에 이중결합이 존재한다는 것은 확실해진다. 그러나 더 정확한 표기로는 H<sub>2</sub>C=CH<sub>2</sub>가 있고, 간혹 H<sub>2</sub>C::CH<sub>2</sub>로 나타내기도 한다. 두 개의 직선이나 두 쌍의 점은 두 [[원자]] 사이에 이중결합이 존재함을 뜻한다.

삼중결합은 세 개의 직선이나 세 쌍의 점으로 나타내고 혼동의 여지가 있을 경우 단일결합을 한 개의 직선이나 한 쌍의 점으로 나타내기도 한다.

여러 개의 동일한 [[작용기]]를 가진 [[분자]]는 다음과 같은 방법으로 표시되기도 한다.
::[[아이소뷰테인|(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>CH]]
이는 같은 수의 [[원자]]를 사용해서 만들어진 다른 [[분자]], 즉 [[이성질체]]와는 다른 이 분자만의 구조를 나타내 준다. 분자식 (CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>CH는 다음 그림과 같이 세 개의 [[탄소]] [[원자]]가 사슬 형태로 연결되어 있고, 가운데의 [[탄소]] [[원자]]가 다른 [[탄소]] [[원자]]와 연결되어 있는 형태를 나타낸다.

[[탄소]] [[원자]]들의 남은 최외각 전자는 모두 [[수소]] [[원자]]와 결합되어 있다. ([[수소]] [[원자]]는 그림에 나타나 있지 않다.) 그러나 같은 숫자의 [[원자]]들([[수소]] [[원자]] 10개와 [[탄소]] [[원자]] 4개, C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>)이 CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>와 같이 사슬 형태로 연결되어 있을 수 있다.

[[알켄]]의 일종인 [[2-부텐]]은 화학식 CH<sub>3</sub>CH=CHCH<sub>3</sub>로 구분하지 못하는 두 종류의 [[이성질체]]를 가지고 있다. 이 경우 두 [[메틸기]]의 상대적인 위치에 따라 추가적인 표기가 필요하다. 두 [[메틸기]]가 이중결합에 대해 같은 방향에 존재할 경우 시스형, 또는 Z형이라 부르며 두 [[메틸기]]가 이중결합에 대해 반대 방향에 존재할 경우 트랜스형, 또는 E형이라 부른다.

한편 이러한 분자식에 기반한 구조적인 정보를 담는 [[구조식]](構造式)은 분자식을 화학 기호로 풀어서 분자 화합물을 이루고 있는 각 원소들의 결합이나 배열 상태를 원소 기호와 결합 기호를 써서 도식적으로 나타낸 것으로 예를 들면 물을 ‘H-O-H’로 나타내는 따위를 이른다. 그러나 현대에는 보다 기하적이고 그래픽적인 접근에서 이를 표현하는 3D 그래픽 모델(3D Conformer Model)이나 평면적인 화학적 2차원 구조(2D Chemical Structure)뿐만아니라 크리스탈 구조 모델(Crystal  Structure Model)등이 연구 및 실험조건 , 데이터베이스(DB) 등을 위해 선호된다.<ref>[참고](NIH - decursin)https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Decursin</ref>

== 중합체 ==
[[중합체]]의 경우 반복되는 원자단에 괄호를 씌우는 방법으로 표기한다. 다음과 같이 표기되는 [[탄화수소]] [[분자]]를 예로 들 수 있다.
::CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>50</sub>CH<sub>3</sub>
이 경우 CH<sub>2</sub>가 50번 반복된다는 사실을 알 수 있다. 만약 반복의 수가 알 수 없거나 다양하다면 다음과 같이 숫자 대신에 문자 n을 사용한다.
::CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>n</sub>CH<sub>3</sub>

== 이온 ==
[[이온]]을 표기할 때, 특정한 [[원자]]의 전하는 원자 기호의 오른쪽에 [[위첨자]]로 표기한다. 예를 들면 +1가의 전하를 띠는 [[나트륨]] [[이온]]은 Na<sup>+</sup>으로 표기하며, +2가의 전하를 띠는 [[구리]] [[이온]]은 Cu<sup>2+</sup>로 표기한다. 다원자 이온의 경우 전하는 다음과 같이 표기한다.
::[[옥소늄 이온|H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>]], [[황산 이온|SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>]]

좀 더 복잡한 [[이온]]의 경우 대괄호를 [B12H12]<sup>2-</sup>와 같이 이온식 전체에 씌운다. 특정한 원자단이 반복되는 경우 [Co(NH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup>과 같이 둥근 괄호를 사용할 수 있다. 이 경우 (NH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>는 이온이 여섯 개의 NH<sub>3</sub>를 가지고 있다는 것을 알려주고, 대괄호는 이온 전체가 +3가의 전하를 가지고 있다는 것을 지칭한다.

이온 반응에서 실제로 반응에 참여한 이온들로만 나타낸 화학 반응식을 알짜 이온 반응식이라 한다. 예를 들어 염화나트륨 수용액과 질산은 수용액이 반응하여 염화은 흰색 앙금이 생성되는 경우,

: NaCl(''aq'') + AgNO<sub>3</sub>(''aq'') → AgCl(''s'') ↓ + NaNO<sub>3</sub>(''aq'')

여기서 실제로 반응에 참여한 이온은 Ag<sup>+</sup>, Cl<sup>-</sup>이고, 알짜 이온 반응식은

Ag<sup>+</sup>(''aq'') + Cl<sup>-</sup>(''aq'') → AgCl(''s'') ↓

== 동위 원소 ==
서로 다른 [[동위 원소]]는 [[원소 기호]]의 왼쪽에 위첨자로 [[질량수]]를 나타내는 방법으로 표기한다. 예를 들어 [[방사성 동위 원소]]인 [[질량수]] 32의 [[인]]이 포함된 인산 이온은 <sup>32</sup>PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>으로 표기한다.

[[원소 기호]]의 왼쪽에 적힌 아래첨자는 [[원자 번호]]를 뜻한다. 예를 들어 <sub>8</sub>O<sub>2</sub>는 [[산소]] [[분자]]를 의미하고, <sup>16</sup><sub>8</sub>O<sub>2</sub>는 [[산소]] [[분자]] 중 가장 많은 비율을 차지하는 [[질량수]] 16인 [[산소]] [[원자]]로만 이루어진 [[분자]]를 의미한다. 이는 핵반응의 반응식을 적는 데 있어서 전하의 균형을 더 명확하게 드러낸다는 점에서 편리하다.

== 실험식 ==
{{본문|실험식}}
실험식은 [[화합물]]에 존재하는 [[화학 원소|원소]]의 비율을 표시한다. [[염화 칼슘|CaCl<sub>2</sub>]]와 같이 이온 [[화합물]]의 화학식을 나타낼 때는 주로 실험식을 사용한다. [[이산화 규소|SiO<sub>2</sub>]]와 같은 거대 분자의 화학식을 나타낼 때도 실험식을 사용한다. 실험식은 [[이성질체]], 분자의 구조, [[원자]]의 정확한 수에 대한 정보는 포함하고 있지 않다.

예를 들어 [[헥세인]]의 분자식은 C<sub>6</sub>H<sub>14</sub>이고 이를 좀 더 구조가 잘 드러나도록 CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>으로도 나타낼 수 있다. 분자식을 통하여 [[헥세인]]은 여섯 개의 [[탄소]] [[원자]]와 14개의 [[수소]] [[원자]]로 이루어진 긴 사슬 모양이라는 것을 알 수 있다. 그러나 [[헥세인]]의 실험식은 C<sub>3</sub>H<sub>7</sub>으로 이러한 정보를 나타내지 못한다. 마찬가지로 분자식이 H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>인 [[과산화 수소]]의 실험식은 HO로, 이는 [[수소]]와 [[산소]]가 1:1의 비율로 존재한다는 사실만 나타낸다.

== 시성식 ==
{{본문|시성식}}
시성식은 분자식과 구조식을 절충한 화학식이다. 즉 시성식은 구조식의 구조를 문자로 간단히 하였다고 할 수 있다. 예를 들어, 아세트산은 다음과 같이 표기하는 경우가 매우 많다. 따라서 구조식에서 볼 수 있는 [[작용기]]의 성질이 분자식에서 표현될수있다.
:CH<sub>3</sub>COOH
이것은 아세트산의 구조식을 간단히 한 것이다. 아세트산의 구조식을 보면, [[메틸기]] CH<sub>3</sub>와 [[카복시기]] COOH가 있는데, 이것을 문자로 바꿔 그대로 쓴 것이다.

실제로 화학식을 표기할 때 그 화합물의 성질을 지배하는 작용기를 기준으로 표현할 수 있는 시성식이 많이 유용하게 사용된다.

== 갇힌 원자 ==
@는 어떤 [[원자]] 혹은 [[분자]]가 화학적으로는 결합되지 않았으나 다른 [[분자]]에 의해서 갇혀있음을 의미한다. 이러한 표기는 1990년대 [[풀러렌]]의 발견으로 유명해졌다. 대표적인 예로는 [[란타넘]] [[원자]]가 [[풀러렌]]에 의해서 갇힌 La@C<sub>60</sub>, La@C<sub>82</sub>를 들 수 있다. [[풀러렌]]을 제외한 다른 예로는 [As@Ni<sub>12</sub>As<sub>20</sub>]<sup>3-</sup>이 있다. 이는 [[비소]] [[원자]]가 32개의 [[원자]]들에 의해 갇힌 것을 뜻한다.

== 비화학량론적 화학식 ==
{{본문|비화학량론적 화합물}}
화학식의 표기에는 주로 [[정수]]가 사용되나 [[비화학량론적 화합물]]의 경우 작은 [[정수]]로는 구성성분의 비를 나타낼 수 없다. 따라서 이런 경우 화학식은 [[실수]]를 사용해서 표기하게 된다. 대표적인 예로는 Fe<sub>0.95</sub>O이 있다. 비율이 다양한 경우 Fe<sub>1–x</sub>O와 같이 문자를 사용해서 표기하는 경우도 있다. 이때 x는 1보다 작은 수이다.

== 유기 화합물의 일반식 ==
{{본문|일반식}}
최소 단위의 증가로 서로 관계를 이루는 [[화합물]]을 나타낼 때 일반식을 사용한다. 예를 들어 [[알케인]]의 일반식은 C<sub>n</sub>H<sub>2n+2</sub>이다. 이러한 [[화합물]]들의 집합을 [[동족계열]]이라 한다. 일반식을 나타낼 때는 [[힐 방식]]이 가장 많이 사용된다.

== 힐 방식 ==
힐 방식은 화학식을 적을 때 [[탄소]] [[원자]]의 수를 먼저 적고 그 후 [[수소]] [[원자]]의 수를 적은 후 나머지 다른 [[화학 원소|원소]]를 알파벳순으로 적는 방식이다. 만일 화학식이 [[탄소]]를 포함하지 않는다면 [[수소]]를 포함한 모든 원소를 알파벳순으로 적는다. 예를 들어 [[브로모에테인]]은 C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>Br로 나타낸다.

== 참고 문헌 ==
{{위키공용분류}}
* R. S. Petrucci et al., ''General Chemistry'', 8th Edition, Upper Saddle River:Prentice-Hall, 2002.

== 같이 보기 ==
* [[주기율표]]
* [[원소 기호]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 외부 링크 ==
* [http://cas-no.org/kr.html 수식 쿼리]

{{전거 통제}}

[[분류:화학식| ]]
[[분류:화학 명명법]]
[[분류:표기]]