화학의 전반적인 지도를 보자

우주는 물질로 이루어져 있습니다. 이 물질의 98%(암흑 물질은 제외)는 순수한 수소와 헬륨이지만, 다행히도 수십억 년 전 초거성들이 수소와 헬륨을 다른 모든 원소로 융합시킨 다음 우주 전체에 폭발시켰고, 그것이 화학의 시작이었습니다. 이러한 원소들은 서로 모여서 다양한 분자를 이루었고, 이러한 분자들은 엄청나게 많은 복잡한 방식으로 서로 결합했습니다.
 화학은 이 물질을 모든 형태로 연구하고 모든 것이 어떻게 상호 작용하는지 연구하는 학문입니다. 단순한 원자에서 단백질과 DNA와 같은 복잡한 생물학적 분자에 이르기까지 다양합니다. 그것은 방대하고 매혹적이며 복잡한 주제이며, 이 영상은 그 모든 것을 요약한 것입니다. 인간은 오랫동안 화학에 관심을 가졌으며, 불의 화학 반응이 없었다면 오늘날의 우리는 없었을 것입니다.
 우리는 이것을 사용하여 음식을 조리하고, 광석에서 금속을 만들거나, 유리를 만드는 등 다른 화학 기술을 개발했습니다. 그 이후로 인간 문명의 많은 발전은 금속 가공, 비료 제조 또는 새로운 재료와 약물 만들기와 같은 화학의 발전을 바탕으로 이루어졌습니다.
 


화학의 범주에 속하는 것을 살펴보겠습니다. 먼저 물질이 있고 물질은 모두 다른 것으로 구성되어 있습니다. 가장 작은 규모에서 우리는 원자와 모든 종류의 원자를 구성하는 주기율표로 시작합니다. 이를 화학 원소라고 합니다. 각 열의 원소는 유사한 화학적 특성을 가지고 있습니다.
 원자는 핵에 있는 양성자와 중성자와 이를 둘러싼 전자로 구성되어 있으며 대부분의 화학은 이러한 전자의 행동 방식 때문입니다. 원자를 합치면 분자가 되고 다양한 종류의 분자를 화합물이라고 합니다. 화합물은 일반적으로 만들어진 원소와 매우 다른 화학적 특성을 가지고 있습니다.
 생각해 보세요. 수소는 폭발적이고 산소는 연소하지만, 이 둘을 H2O로 합치면 물이 되는데, 이는 주변에서 가장 폭발적이지 않은 연소 물질입니다. 화합물은 단일 분자로 구성될 필요가 없습니다. 금속이나 염과 같은 많은 고체는 단위 셀이라고 하는 원자의 반복 그룹으로 구성된 결정 구조를 가지고 있습니다.
 여러 물질이 함께 있으면 주변 공기나 케이크와 같은 혼합물이 됩니다. 이제 원자가 어떻게 서로 붙어 있는지, 그리고 매우 중요한 주제인 결합으로 넘어가 보겠습니다.



원자는 여러 가지 다른 방식으로 결합하는데, 전자를 훔치거나 공유하거나 다른 구성으로 이동하여 결합 에너지를 줄입니다.
 과학의 보편적인 규칙은 모든 것이 항상 에너지를 최소화하려고 하며 결합은 원자가 이를 달성하는 한 가지 방법입니다. 화학 물질에서 에너지가 어떻게 이동하는지 이해하는 것은 반응이 언제 일어날지, 일어나지 않을지를 이해하는 데 중요합니다. 예를 들어 나무는 산소와 반응하여 자발적으로 연소를 시작하지 않지만 충분한 에너지를 주면 연소합니다.
 에너지가 매우 중요한 또 다른 예는 촉매를 도입하여 두 다른 화합물 간의 반응을 가속화할 수 있는 경우이며, 촉매는 반응을 더 에너지적으로 유리하게 만들어 반응을 가속화합니다. 에너지는 또한 화합물이 고체, 액체, 기체 등 다양한 형태로 존재하는지 결정합니다.
 

어떤 형태로 발견될지는 온도와 압력에 따라 달라집니다. 값은 물질마다 다르지만 일반적으로 낮은 온도 및 고압에서는 고체이고, 고온 및 저압에서는 기체입니다. 정말 흥미로운 또 다른 물질 형태는 플라즈마로, 가스에서 원자로부터 전자를 떼어내 이온으로 만드는 것입니다. 이것은 네온 조명을 만드는 데 사용됩니다.
 화학 반응은 화학의 핵심을 형성합니다. 어떤 화합물이 서로 반응하는지, 왜 반응하는지, 반응 후 무엇이 남는지입니다. 다양한 방식으로 분류할 수 있는 다양한 종류의 반응이 있습니다. 이러한 모든 반응은 화학 법칙이라는 기본 규칙에 의해 지배되며, 그 기초는 질량과 에너지 보존입니다. 즉, 화학 반응에서 물질이나 에너지가 생성되거나 파괴되지 않고 다른 형태로 변할 뿐입니다.
 반응 속도론은 반응이 얼마나 빨리 일어나는지와 반응 속도를 제어하는 ​​것에 대한 연구입니다. 전자가 한 반응물에서 다른 반응물로 전달되는 반응을 산화-환원 반응 또는 줄여서 산화환원 반응이라고 합니다. 산화는 물질에서 전자를 잃는 것을 의미하고 환원은 전자를 얻는 것을 의미하며, 이 둘은 함께 일어나야 합니다.
 예를 들어 나트륨과 염소가 있는데, 염소는 환원제이고 나트륨은 산화제입니다. 물질의 또 다른 중요한 특성은 산이든 염기이든 pH입니다. 산-염기 반응을 모형화하는 이론은 여러 가지가 있지만, 이를 생각해 볼 수 있는 한 가지 방법은 산은 화학 반응에서 수소 이온을 내놓을 준비가 된 물질이고 염기는 수소 이온을 취하는 물질이라는 것입니다.
 서로 반응할 수 있는 여러 가지 다른 화합물이 있는 경우. 한 물질과 다른 물질 사이에 변동이 있을 수 있습니다. 평형은 반응이 계속 진행 중일 수 있지만 각 물질의 양이 일정한 상태입니다. 이는 고체에서 액체로 또는 액체에서 기체로의 단계적 변화에서도 발생할 수 있습니다.
 이것이 평형에 대한 연구입니다. 화학의 기본은 이렇습니다. 화학 연구는 이러한 규칙이 다양한 화학 시스템에 어떻게 적용되는지 살펴봅니다. 이제 화학의 다양한 분야를 살펴보겠습니다. 이론 화학은 수학적 방법을 사용하여 원자와 분자의 구조와 상호 작용을 설명하려고 시도합니다.
 이론 물리학과 양자 화학과 매우 밀접하게 관련되어 있으며, 종종 원자, 분자 및 반응을 컴퓨터에서 시뮬레이션하는 계산 화학 기술을 사용합니다. 이제 수소 원자보다 더 복잡한 것의 적절한 양자 행동을 시뮬레이션하는 것은 여러 신체에 대해 매우 어렵거나 불가능합니다.
 컴퓨터 과학의 최첨단 기술이 분자와 분자가 상호 작용하는 방식을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 사실 이것은 양자 컴퓨터의 가장 흥미로운 응용 프로그램 중 하나인데, 화학 시스템을 직접 시뮬레이션할 수 있고 새로운 재료와 약물을 발견하는 것과 같은 일에 도움이 될 것이기 때문입니다.
 물리 화학은 에너지, 힘, 시간, 운동, 열역학, 양자 속성 등과 같은 물리 측면에서 화학 시스템을 연구합니다. 전기화학에서 전자적 특성을 연구하는 분야는 더 나은 배터리를 개발하는 데 중요하고, 재료과학에서는 극한의 강도, 내구성 또는 자가 치유와 같은 새로운 특성을 가진 재료를 만드는 데 중요합니다. 이것은 새로운 재료에 의존하는 지구 기반 핵융합로를 만드는 데 있어 중요한 문제입니다. 분석 화학은 탐정 작업과 같습니다. 무언가의 샘플이 있고 그것이 무엇으로 만들어졌는지, 그리고 다양한 구성 요소의 양을 알아내야 합니다. 화학자들은 다양한 재료의 다양한 속성을 조사하고 측정하기 위해 방대한 기술을 개발했습니다.
 전통적인 기술에는 침전과 같은 습식 화학 기술이 포함되며, 이는 증발 온도에 따라 화합물을 분리합니다. 또한 크로마토그래피와 같은 다양한 현대 기술도 있는데, 이는 다양한 화합물이 용액을 통해 다른 속도로 이동하여 분리되는 것입니다. 또는 빛을 비추어 물질을 감지할 수 있는 다양한 종류의 분광법이나, 전기 또는 자기장을 통해 물질을 던져 질량에 따라 분리하는 질량 분석법이 있습니다.
 마지막으로 무기, 유기 및 생화학이라는 거대한 분야에 대해 알아봅니다. 유기 및 생화학은 생명체의 화학을 살펴보고 무기 화학은 다른 모든 것을 살펴보지만 여전히 많은 교차가 있습니다. 연구되는 무기 화합물의 대부분은 인공이며, 많은 동기는 화학 산업과 더 넓은 세계에서 사용할 수 있는 새로운 특성을 가진 화학 물질을 찾는 것입니다.
 사실, 무기 화학이 어떤 식으로든 사용되지 않은 인간의 노력 분야는 거의 없습니다. 의학과 농업, 세제나 유화제와 같은 특수 유체, 특수 코팅, 재료, 안료 또는 많은 산업적 목적을 위한 연료가 있습니다. 화학 생산 자체 내에서 촉매는 다른 화학 반응을 가속화하기 때문에 매우 중요합니다.
 무기 화학은 또한 고온 초전도체와 같은 새로운 결정 구조의 고체를 만드는 재료 과학으로 침투합니다. 목록은 끝이 없습니다. 이제 무기 화학과 유기 화학 사이에 유기 금속 화학이 있습니다. 이것은 금속과 결합된 유기 화합물 화학을 살펴보고, 일반적으로 화학 산업에서 반응에 촉매로 사용됩니다.
 유기 화학은 일반적으로 탄소, 수소, 산소 및 질소와 몇 가지 다른 원자로 구성된 생명체 분자의 구조와 행동을 살펴봅니다. 유기화학자는 또한 유용한 특성을 가진 새로운 유기 화합물을 만드는 것을 연구합니다. 유기 분자는 모두 탄소를 포함하고 탄소 수소 결합은 유기화학에서 가장 흔한 구조입니다.
 산업에서 유기화학은 비료, 살충제, 윤활제, 폴리머 및 플라스틱 등 수많은 용도로 사용됩니다. 소비자 세계에서는 향료, 향미료 및 방부제가 있으며 물론 제약 산업에서는 약물이 있습니다. 마지막으로 유기화학에서 생물체의 화학을 연구하는 생화학이 나옵니다.
 생화학은 물이나 미네랄과 같은 무기질 성분을 연구하지만 단백질, 지방 및 DNA와 같은 가장 크고 복잡한 분자도 살펴봅니다. 다른 쪽 끝에서 이 분야는 또한 세포 내부의 화학적 과정에서 생명이 어떻게 발생하는지 가장 자세하게 살펴보는 분자생물학과 융합됩니다. 생화학에는 생체 분자라고 불리는 네 가지 주요 분자가 있습니다. 탄수화물은 구조와 에너지 저장에 사용됩니다. 지방을 구성하는 지질. 단백질은 신체에서 다양한 기능을 하는 아미노산으로 만들어진 매우 큰 분자입니다. 그리고 유전 정보를 전달하는 데 사용되는 핵산.
 생화학 연구는 의학에 큰 영향을 미쳐 감염성 및 유전성 질병을 이해하고, 장기 및 조직 이식을 개선하고, 임상 진단을 통해 무엇이 문제인지 알아내고, 물론 영양을 이해하는 데 도움이 되었습니다. 신체에서 비타민과 미네랄의 기능을 살펴보는 것입니다.
 생화학은 토양, 비료 및 해충 방제를 연구하는 농업에도 중요하며 다른 많은 응용 분야도 있습니다. 그래서 저는 약 12분 안에 모든 화학을 요약하려고 합니다. 엄청나게 복잡하기 때문에 간단한 작업이 아닙니다. 인간이라는 복잡한 것이 수많은 간단한 화학 반응의 기초 위에 세워졌다는 사실에 항상 놀랐습니다.
 지금 당신의 의식은 뇌세포에서 일어나는 화학 작용의 기능입니다. 혈액에서 산소가 전달되고, 그 안에서 당이 대사됩니다. 화학 작용은 단일 원자에서 당신을 살아있게 하는 세포에 이르기까지 엄청난 복잡성을 가지고 있으며, 저는 그것이 끝없이 매혹적이라고 생각합니다.