화학 결합
원자가 서로 부딪히면 전자궤도가 반응을 하여 화학적으로 결합이 생깁니다. 즉 급속, 이온, 공유 결합으로 인한 화학결합이 일어납니다. 만약 수소원자들이 서로 멀리 있으면 서로 부딪히지 않고 작용도 없지만 서로 가까이에 있어 반응하면 정전기적인 법칙이 작용하고 음전하를 띤 한쪽 원자의 전자궤도가 양전하를 띤 다른 원자의 핵을 당겨서 전자궤도가 서로 '융합'하여 두 개의 핵 주위로 음전하구역을 형성합니다. 이러한 과정에는 한계가 있습니다. 두 개의 원자가 서로 가까워질수록 척력이 점점 커집니다. 인력과 척력이 상호작용하여 원자와 분자 사이에 일정한 간격이 유지됩니다. 염소와 수소사이에 공유결합이 형성되면 염화수소가 만들어집니다. 결합에 참여하는 전자들은 수소보다 염소로부터 더 강한 인력을 받게 됩니다. 이렇게 단순한 결합으로 이루어진 물질을 단량체라고 합니다. 두 개의 단량체가 만나 이루어진 화합물은 이량체, 세 개가 모이면 삼량체가 됩니다. 염화수소분자 내에서 전하는 균일하지 않고 두 개의 극을 지닙니다. 이러한 결합을 극성 공유결합이라고 합니다. 전기음성도란 분자 속에 있는 어떤 원자가 하나의 결합으로 몇 개의 전자를 끌어당기는지 측정한 것입니다. 이는 결합전자가 완전히 하나의 원자로 옮겨가는지, 두 개의 원자 사이에 공유되는 지를 나타냅니다. 원자 사이의 EN차이가 매우 적으면 비극성 공유결합이 됩니다. 어떤 원자가 다른 원자의 전자를 완전히 뺏어오면 이온이 됩니다. 반대전하를 띠는 이온사이에는 강한 인력이 작용하므로 매우 안정적인 이온 격자구조를 형성합니다.
반응
인류가 새로운 물질을 만들어 내는 방법 중에 화학반응이 있습니다. 서로 다른 물질의 성질에 따라 매우 다른 과정과 결과가 만들어지는데 화학반응 후에는 완전히 다른 새로운 물질이 만들어집니다. 또한 이 화학반응에는 에너지가 커지거나 작아집니다. 예를 들어 건조한 플라스크 안에서 4그램의 아연 분말과 2그램의 황을 섞은 후 벌겋게 달구어진 철사를 갖다 대면 불꽃이 피어오르며 하얀 연기가 나고, 식은 후에는 회백색 혼합물이 남습니다. 열을 방출하는 이 반응은 발열반응이라고 합니다. 반면 흡열반응은 주위의 에너지를 흡수합니다. 반응이 시작되는 데 필요한 에너지의 양(이 경우 벌겋게 달궈진 철사)을 활성화에너지라고 합니다. 초기물질, 즉 반응물을 화살표의 왼쪽에 쓰고 최종 산물은 오른쪽에 씁니다. 황과 반응하는 동안 아연도 공기 중의 산소와 반응하여 산화아연을 생성합니다. 여기서 2라는 상수는 아연원자의 개수를 나타냅니다. 작은 글씨로 나타낸 아래첨자는 산소분자가 두 개의 산소원자로 구성되었음을 나타내며, 생성된 산화아연 속에도 두 개의 산소 원자가 존재합니다. 이 반응을 '몰'이라는 단위로 측정할 수도 있습니다. 몰이란 6*10의 23승 개의 입자를 의미합니다. 위 식은 2몰의 아연원자가 1몰의 산소분자와 반응하여 2몰의 산소분자와 반응하여 2몰의 산화아연분자가 생성되었음을 나타냅니다. '산화'라는 용어의 원래 의미는 어떤 물질이 산소와 결합하는 반응만을 뜻했습니다. 그러나 오늘날에는 다른 반응물질에 전자를 전달하는 모든 입자를 산화되었다고 합니다. 이를 테면 황과의 반응을 통해 아연이 산화된 것입니다. 동시에 전자를 받아들이는 모든 입자를 환원되었다고 합니다. 이러한 반응을 통틀어 산화환원반응이라고 합니다.
생산
사람들은 화학반응을 이용하여 생산과정을 설계하는데, 어떤 유용한 물질을 만들기 위해서는 어떤 화학적 반응이 필요한지, 어떻게 많이 생산할 수 있을지 연구합니다. 프랑스에서는 소름으로 세탁용 소다를 만드는 방법을 공개적으로 모집하였는데, 몇 년 후에 니콜라스 르블랑이 그것을 개발하고 그 후에 생산비용의 9분의 1로 만들기 시작하면서 화학산업이 시작되었습니다. 그러나 그 블랑의 공정에서 발생한 폐기물은 건강에 유해하고 환경에 부담을 주는 것으로 밝혀져 더 이상은 이용되지 않습니다. 현대에는 화학물질의 새로운 생산법 개발에 있어 효율과 더불어 환경에 대한 우려가 중요한 준거가 됩니다. 탄산나트륨은 원래부터 가성소다를 생산하는 데도 사용되었으며. 현재까지도 전 세계적으로 연간 6천만 톤이 사용되고 있습니다. 가성소다는 염화나트륨을 전기분해하여 생산됩니다. 물에 용해된 염화나트륨은 음전하를 띠는 염소이온과 양전하를 띠는 나트륨이온으로 분리됩니다. 물속에서 염소이온은 직류전원에 연결되어 양전하를 띠는 흑연 전극 쪽으로 이동합니다. 염소이온이 '양극', 즉 양전하를 띠는 전극에 전자를 전달하면 염소가 생성됩니다. 외부 전원에 의해 전자는 양극에서 '음극' , 즉 음전하를 띠는 강철판 쪽으로 이동합니다. 전자는 다시 물분자로 전달되어 다음 화학식에 따라 수소분자와 수산화 이온이 형성됩니다. 수산화이온과 나트륨이온이 만나면 가성소다가 만들어집니다. 이 방법의 기술적인 난점은 원치 않는 부가적 반응을 피하기 위해 음극에서 생성되는 수소와 가성소다를 양극에서 생성되는 수소와 가성소다를 양극에서 만들어지는 염소로부터 분리시켜야 합니다.