원리를 찾아라 생활 속 분자

정관영

저자정관영은서울대학교에서화학및화학교육을전공하고동대학원에서석사학위를,미국퍼듀대학교에서이학박사학위를받았다.고등학교화학Ⅰ/화학Ⅱ교과서를집필했으며,현재서울과학고등학교화학교사로재직중이다.지은책으로는<탄소는억울해!>가있으며한국과학창의재단우수과학도서로선정되었다.

◆물질의모든문제는분자에답이있다

-세상에서가장냄새를잘맡는코는개코일까?
-버드나무껍질과아스피린이갖고있는공통성분은?
-플라스틱을썩게하는방법은?
-면이퉁퉁불어터지는이유는?
-요리사가비커와주사기를든이유는?
-영어단어가분자라면알파벳은뭘까?

◆운동을하는분자

-바람은공기분자의운동이다.
-냄새가퍼져나가는것은냄새분자의운동때문이다
-최초로물분자운동을실험으로확인한로버트브라운
-증발은액체의표면에서만일어나는분자운동이다
-온도계의수은주가오르는것은분자운동으로인한열팽창결과이다

◆분자간인력이강하면끓는점이높다

-동전위에물과에탄올을각각몇방울이나떨어뜨릴수있을까?
-물분자간인력이에탄올분자간인력보다높아끓는점이높다

◆온도가오르면분자운동이활발해진다

-고체는분자운동이가장약하고기체는분자운동이가장강하다.
-전도와대류에서는분자운동이주변으로직접전달된다
-전자레인지는마이크로파로물분자운동을가속화해서온도를높인다

◆가장흔한물,가장특이한물분자

-고체가액체보다가벼운물분자의특이성
-물분자간에특별한인력이작용한다.

◆분자의운동으로설명되는상태변화

-온도는물질을이루고있는분자의움직임을숫자로나타낸것이다
-열에의해분자간간격이가까워지고멀어지며고체,액체,기체로변화한다

◆분자운동에는열의이동이따른다

-아이스크림을튀기는방법
-열을흡수하면분자운동이활발해져고체→액체→기체로변화한다
-기체→액체→고체로변화하면분자운동이줄어들며열을방출한다

◆분자의운동에영향을미치는온도,압력,부피

-기체에압력을가하면분자간간격이줄어들어부피가작아진다
-수증기부피는물부피의1,700배이다
-온도가높아지면분자운동이빨라지고분자간간격이커져기체의부피는증가한다
-압력이낮아지면공기분자간간격이넓어져공기밀도가낮아진다
-압력이낮아지면100℃가되기도전에물분자들이분자간인력을끊고수증기상태로변화한다
-엘피가스의부피는액체상태가기체상태의1/250이므로액체상태로저장하는것이효율적이다
-드라이아이스는항상승화할까?
-얼음이미끄러운이유
-탄산음료캔밑바닥이오목하게들어가있는이유

◆분자의혼합물,혼합물의분리

-혼합물
-라면을맛있게끓이는방법
-화성에소금물이흐른다
-분자의끓는점차이를이용하면혼합물을분리할수있다

◆분자의크기와새로운분자물질

-나노과학
-세차가필요없는자동차페인팅
-방수는하되땀은배출하는신소재
-가볍고단단하며변형이일어나지않는나노물질

“세상에서가장냄새를잘맡는코가개코일까?”
“전자레인지에음식을데우면왜접시는뜨거워지지않을까?”
“수프를넣고물을끓여야라면이더맛있다?”
물질에관한모든문제는분자안에답이있다!

물에수프를넣은채로물을끓이면105℃이상에서끓는다.이때라면을넣으면100℃의끓는물에넣은라면보다더욱꼬들꼬들해진다.100℃보다105℃에서라면이빨리익고수프도충분히가열되기때문이다.여기서우리는물과수프를혼합하면끓는점이오른다는원리를얻을수있다.미국콜로라도록키스구장은투수들의무덤이라는별명을갖고있다.최고의투수들이번번이장타를두들겨맞아버티기가힘들기때문이다.이구장은해발1,600m에위치하고있어평지보다16%정도기압이낮고공기밀도가낮아진다.따라서나르는공이저항을덜받게되어멀리나가는것이다.여기서우리는압력이낮아지면공기분자간간격이넓어져공기밀도가낮아진다는원리를얻는다.[생활속분자,원리를찾아라!]를통해평소의문을갖거나호기심을느꼈던많은문제들을분자와분자의운동으로이해하고재미있게그원리를학습할수있다.

4차산업혁명의꽃,나노과학!
분자의원리를알면나노과학이보인다!

4차산업혁명의중요한분야가나노(분자의크기를나타내는단위)과학이다.청소가필요없는페인트,방수는하면서땀은배출하는신소재,가볍고단단하며변형이일어나지않는여러가지신물질등이나노과학의산물.나노크기에서이뤄지는과학과기술은화학,물리학,생물학,공학,의학등다양한분야에적용되고있다.[생활속분자,원리를찾아라!]와함께분자와분자운동으로물질의세계를이해하는나노과학에첫걸음을내딛어보자!

물질을몇가지원리로이해할수있다

과학교육과정은운동과에너지,물질,생명,지구와우주등을탐구대상으로하고이탐구대상을물리,화학,생물,지구과학등의과목으로나눈다.그런데만일이것들을몇가지원리로이해할수있다면얼마나좋을까?이것이[원리를찾아라,생활속분자]의출발점이다.물질은분자로구성되어있고분자간에는끌어당기는힘(인력)이작용하며분자들은운동을한다.열(에너지)을가하면분자간의인력이줄어들며간격이벌어져상태변화가일어난다.융해와응고,액화와기화,승화,표면장력,증발,혼합물등많은개념들이분자운동,분자간인력,에너지의입출등의원리로설명될수있다.이렇게물질을이해하면우리는이미중학교교과수준의물질의개념과원리를터득한셈이된다.
[원리를찾아라,생활속분자]를통해생활속과학에대한호기심을높이고,과학과친해지는계기를마련할수있다.

유추작용을통해창의적사고가촉발된다

고대시대부터버드나무껍질을해열제로이용했다.19세기에과학자들은이해열작용을하는분자를밝혀내아스피린을인공적으로합성하는계기를마련했다.중국의투유유는전통적으로말라리아치료에사용되던개똥쑥에서약효성분인아르테미시닌분자를발견하여대량생산의길을열었다.
연잎을자세히들여다보면표면에얼룩이나먼지가전혀없다.이를유심히관찰한과학자들은연잎의표면에있는나노돌기의작용으로연잎효과가난다는것을이해하게되었다.이를응용하여세차가필요없는페인트,세탁이필요없는옷감을개발할수있었다.이처럼과학적인발명은유추라는사고작용으로이루어지는경우가많다.이책을읽다보면유추작용을통해창의적사고가촉발될것이다.