모든 물질은 고유한 성질을 가지고 있다. 예를 들면 성질을 이용하여 수소, 산소, 물을 구별할 수 있다. 물질의 성질은 물리적 성질과 화학적 성질의 두 가지로 구분할 수 있다. 물리적 성질이란 물질의 고유성과 조성을 바꾸지 안흐면서 알 수 있는 성질이다. 예를 들면 색깔, 냄새, 밀도, 녹는점, 끓는점 등이 이에 속한다. 물질의 화학적 성질은 물질이 변하거나 반응하거나 또는 다른 물질을 생성하는 것을 나타내는 것이다. 어떤 물질이 산소 중에서 연소하는 정도를 나타내는 가연성은 화학적 성질의 한 예이다. 온도, 녹는점과 같이 몇 가지 성질은 측정하고자 하는 물질의 양에 상관이 없다. 이와 같은 성질을 세기 성질이라고 하며, 이러한 성질을 이용하여 어떤 물질을 확인할 수 있으므로 화학에서 매우 유용하다. 반면에 질량과 부피 등은 측정하려는 물질의 양에 따라 다르다. 이와 같은 성질을 크기 성질이라고 한다.
물리적 변화와 화학적 변화
물질이 변하는 과정은 물리적 변화와 화학적 변화의 과정으로 구별할 수 있다. 물리적 변화 과정이 진행되는 동안에는 물질의 조성은 볁하지 않고 물질의 외형만 변한다. 물의 증발은 물리적 변화의 한 예이다. 물이 증발할 때 액체 상태에서 기체 상태로 물의 모습이 바뀌지만, 여전히 물 분자로 이루어져 있다. 이와 같이 모든 상태 변화는 물리적 변화이다.
화학적 변화 과정이 진행되는 동안에는 물질이 다른 화학적 성질을 가진 물질로 변한다. 예를 들어 수소를 공기 중에서 태우면 산소와 결합하여 물로 바뀌는 화학적 변화 과정을 거친다.
화학적 변화는 때로는 매우 극적이다. 1901년에 출간된 유명한 화학 교과서의 저자인 Ira Remsen은 화학 반응을 처음 경험한 감상을 다음과 같이 표현하였다.
화학 교과서를 읽던 중 "질산은 구리와 작용한다."라는 문구를 보게 되었다. 그래서 이것이 무엇을 의미하는지 알아보기로 하였다. 약간의 질산을 구하고, "작용한다."라는 말이 무엇을 뜻하는가를 알고자 하였을 뿐이었다. 이 호기심을 채우기 위해 기꺼이 몇 센트의 구리 동전을 희생시키기로 하였다. 나는 동전 하나를 책상 위에 놓고 '질산'이라고 표시된 병을 열어 그 액체를 귈 동전 위에 조금 부어 관찰할 준비를 하고 있었다. 그러나 이미 내 눈앞에서 벌어진 이 놀라운 일은 무엇이란 말인가? 동전은 이미 변해있었다. 미미한 정도가 아니었다. 청록색 액체가 거품을 뿜어내고 동전과 책상 위에 연기가 가득하였다. 그 연기는 검붉은색을 띠고 있었다. 이를 어떻게 멈추게 할 수 있을까? 나는 당황하여 손으로 동전을 집어 창문 밖으로 던져 버렸다. 그 와중에 나는 또 다른 사실을 알게 되었다 손가락에 질산이 묻은 것이다. 그 때의 쓰라린 통증으로 인하여 예견치 못한 또 다른 실험을 하게 되었다. 나는 소가락을 바지에 문지른 것이다. 이번에는 질산이 바지와 작용한다는 것을 알게 되었다. 이 일은 내가 실험한 것들 중에서도 가장 인상적이었다. 나는 아직도 이 일을 매우 재미있게 말한다. 이 사건은 나에게는 다음의 계시와도 같다. 단순하지만 놀라운 일에 대하여 알아보는 유일한 방법은 실험실에서 일하고 실험하면서 결과를 지켜보는 것이다.
혼합물의 분리
혼합물을 이루고 있는 성분들의 성질이 다르다는 것을 이용하여 혼합물을 각각의 성분으로 분리할 수 있다. 예를 들어 철 조각과 금 조각이 섞인 불균일 혼합물은 철과 금의 색을 이용하여 따로 골라낼 수 있다. 보다 현명한 방법은 자석의 인력을 이용하여 금 조각은 남기고 철 조각을 끄집어내는 것이다. 또한 두 금속의 중요한 화학적 차이를 이용할 수도 있다. 여러 가지 산은 철을 녹이지만 금은 녹이지 못한다. 그러므로 혼합물을 적당한 산에 넣으면 철은 녹고 금은 남는다 그리고 거르기 방법으로 금을 분리할 수 있다. 그 후 녹아 있는 철을 다시 금속으로 변환시킨다.
균일 혼합물의 성분을 분리해 내는 중요한 방법 중 하나는 증류이다. 이 방법은 물질마다 증기로 변하려는 성향이 각각 다른 점을 이용한 것이다. 예를 들어 소금물을 끓이면 물은 증발하고 소금은 남는다. 증발된 수증기는 냉각기 벽에서 응축되어 다시 액체로 변한다.
고체 표면에 물질이 부착하는 능력의 차이를 이용하여 혼합물을 분리할 수도 있다. 이는 크로마토그래피의 기본 원리이다.
