분자의 표현

원자(Atom)

대부분의 금속은 전기 또는 열 전도체로 사용하고 대부분의 비금속은 전기 또는 열을 전달하지 않는 특성을 가집니다. 즉,  물질마다 고유한 특성을 가집니다. 이렇듯 물질이 고유한 특성을 가지기 때문에 사용되는 분야도 다르지요. 그러면 왜 물질마다 서로 다른 특성을 가질까요? 이것은 각 물질이 구성하고 있는 성분들의 차이 때문일 것입니다.
이 질문의 답은 원자(atom)라고 하는 물질의 최소단위에서 찾을 수 있습니다. 즉, 각 물질의 원자들의 종류, 구성방법들이 물질의 특성에 영향을 줍니다.
물질이 원자 형태로 발견되는 경우는 드뭅니다. 일반적으로 원자는 다른 원자에 결합되어 화합물이나 분자를 형성합니다. 원자가 개별적으로 발견되고 다른 원자와 결합하지 않는 것은 고귀한 가스 (예 : 헬륨, 네온 및 아르곤)에서만 발생합니다.

분자(Molecules)

정의: 분자 
분자는 두개 이상의 원자가 상대적으로 강한 힘들에 의해 서로 묶여있는 원자그룹입니다. 

우리 주위의 거의 모든 것들은 분자들로 이루어져 있습니다.
 물 : $H_2O$ 두 개의 수소 원자가 하나의 산소 원자에 결합 된 분자
 산소: $O_2$ 서로 합쳐진 두 개의 산소 원자로 구성된 분자
우리가 먹는 음식조차도 탄소, 수소 및 산소와 같은 원소의 원자를 포함하는 분자로 구성되어 있습니다.이 분자들은 서로 다른 방식(구조)으로 결합되어 있습니다. 이들 각각은 각 분자에 단지 몇 개의 원자가 있기 때문에 작은 분자로 알려져 있습니다.
거대한 분자는 분자 당 수백만 개의 원자로 구성될 수 있는 분자들이다. 예로 다이아몬드는 수백만 개의 탄소 원자들로 구성되며 일상에서 볼 수 있는 금속들은 수백만개의 금속 원자들이 결합된 거대분자입니다.

2.1 분자의 표현 

분자의 구조는 다양한 방법으로 나타낼 수 있습니다. 때로는 여러 유형의 도형을 사용하여 분자를 나타내지만 화학식(chemical formula)이나 그 화합물의 이름을 사용하여 나타낼 수도 있습니다.
1) 화학 구조를 나타내기 위해 화학식의 이용
화학식은 분자 또는 일부 다른 화학 물질을 설명하는 단축된 방법입니다. 즉, 주기율표의 원소들을 사용하여 화합물의 화학식을 나타내며 이 화학식으로 각 원자의 수와 해당분자의 비율을 나타내는 방법입니다.(물질의 분류 참조)
예로 이산화탄소의 화학식은 다음과 같습니다.
$$CO_2$$
위 식은 이산화탄소 분자하나는 한개의 탄소원자와 두개의 산소원자의 결합임을 나타냅니다. 즉, 다음의 정보를 주지요.
C원자 : O원자 = 1:2

정의: 분자식(molecular formula)
분자식은 특정한 화합물을 구성하는 원자에 대한 정보를 나타내는 간단한 방법입니니다. 즉, 분자내 결합된 각각의 원자 종류와 그 수에 대한 정보을 나타냅니다. 

글루코스(glucose)의 분자식은 다음과 같습니다.
$C_6H_12O_6$
즉, 글루코스는 6개의 탄소원자, 1개의 수소원자, 6개의 산소원자들이 결합된 분자임을 나타냅니다.
C : H : O = 6 : 12 : 6
위의  비율은 단순히 1:2:1로 나타낼 수 있으며 그에 따라 $CH_2O$로 단순화시켜 나타내기도 합니다. 물론 이러한 조성으로는 글루코스를 생성할 수 없지만 단순히 나타내기 위해 사용합니다. 이러한 식을 경험식(empirical formula)이라 합니다.

정의: 경험식(Empirical formula)
분자를 구성하는 원자들의 상대비로 나타내는 방법으로 그 분자를 구성하는 원자들의 정확한 수를 나타내지는 못하지만 원자들의 구성비를 보다 명확히 나타낼 수 있습니다. 

경험식은 우리가 거대 분자에 대한 공식을 쓰고 싶을 때 유용합니다. 거대 분자는 수백만 개의 원자로 구성 될 수 있기 때문에 분자 내에 얼마나 많은 원자가 존재하는지 정확하게 말할 수는 없습니다. 따라서 경험식을 사용하여 이러한 분자를 표현하는 것이 합리적입니다. 따라서 구리와 같은 금속의 경우 단순히 Cu를 쓰거나 염화나트륨 분자를 나타내는 경우 NaCl 만 쓰면됩니다.
그러므로 화학식은 분자 내에있는 원자의 유형과 구성비율의 정보는 알려주지만 분자식으로 분자의 모양 즉, 구조에 대한 정보를 제공하지는 않습니다. 이러한 정보는 분자를 표현하는 또 다른 유용한 방법인 구조식(structural formula)이라는 다이어그램을 사용하여 나타낼 수 있습니다.

(a) $C_4H_10$  (b)$C_2H_5$ (c)

 그림 부탄(Butane)의 (a)분자식, (b)경험식, 그리고 (c)구조식.

- Ball and stick model
분자를 나타내기 위해 원자들을 ball로 표시하며 그들의 결합을 stick으로 나타냅니다.
다음은 물분자를 간단하게 나타낸 것입니다.

그림 ball and stick 모형으로 나타낸 $H_2O$(물) 분자.

- Space-filling model
ball and stick model과 유사하지만 stick을 사용하지 않고 나타냅니다. 다음 그림은 물 분자의 구조와 Space-filling model로 나타낸 것입니다.