101 화학 : 진짜 핵심 진짜 재미 진짜 이해 단어로 교양까지 짜짜짜 - 101개 단어로 배우는 짜짜짜

정규성

저자:정규성
분자의전자구조를연구하는과학자입니다.어린시절부터음악과과학을유난히좋아하는학생이었습니다.대학시절,양자이론을이용한물질의성질을규명하는연구에매료되어이론물리화학자의길을걷게되었습니다.과학의목표는우주안에숨겨진아름다움을발견하는일이라고생각합니다.화학을복잡하고어려운과목이라고생각하는학생들에게난해한수식이나어려운용어대신,바흐와모차르트의음악을들려주며강의를시작합니다.
현재건양대학교교수로재직하고있습니다.한양대학교화학과를졸업하고서강대학교에서박사학위를받은후,미국아이오와주립대와일본분자과학연구소에서연구했습니다.과학지식의보급과대중화를위해오랫동안활발하게활동하고있으며,과학과음악에대한열정을지금도이어가고있습니다.2009년UN지정‘세계천문의해’한국조직위원회위원및대한화학회이사를역임,과학앰배서더,국제화학올림피아드운영위원,한국아마추어천문학회회장등을역임하였습니다.

여는글_우주의탄생과물질의근원

0014원소설_물질은무엇으로이루어졌을까?
002연금술과연금술사_실패한연금술,화학발전의초석이되다
003원자_현대과학의바탕이된불멸의아톰
004원자의크기_우리는원자를볼수있을까?
005아원자입자_원자보다더작은입자가발견되다!
006전자_톰슨이발견한전자이야기
007핵_악어선생이찾은원자속알맹이
008전자의전하량_밀리컨,전자의물리량을측정하다
009원자의구조_더자를수없는알갱이를나누고나누어
010주기율_원소들에는주기적인성향이있어요
011동위원소_이름은같지만원자량이다른원소들
012토리노의성의_종교적진실과과학적진실은타협할수있을까?
013핵분열_파괴와평화라는두얼굴을가진기술
014원소명과원소기호_우주를구성하는물질의바탕은무엇일까?
015전자구조_에너지에따라결정되는전자의포지션
016주기율표_전자의껍질구조를보여줘!
017분자_화학세상의진짜알맹이
018기체_불타는플로지스톤과눈에보이지않는물질을발견하다
019라부아지에_질량보존의법칙으로근대화학의문을연과학자
020질소와산소_공기중에있는물질중에서가장풍부한기체
021산소의발견_과학적발견이란무엇일까?
022보일과샤를의법칙_보이지않는기체를측정하다
023아보가드로의법칙_분자의개수를셀수있을까?
024몰_화학이사용하는특별한셈법
025화학결합_알맹이들도서로사랑하고미워해요
026공유결합_전자를공유하는화학결합
027흑연과다이아몬드_탄소로만이루어진물질들의드라마틱한차이
028자유전자와금속결합_금속의광채와가공의비밀
029수소결합_얼음은왜물에뜰까?지구의생명현상을가능하게한비밀
030상_물질의세가지상태
031녹는점과끓는점_고체에서액체로,액체에서기체로저마다다른물질의성질
032열과에너지_인류의발전과함께한에너지혁명
033열량_열은어떻게측정할까?
034화학에너지의저장_에너지는어디에저장될까요?
035산과염기_오랫동안우리곁에서함께하고있는물질
036피에이치(pH)_산-염기의세기를숫자로나타내요
037혈액_피에담긴과학
038산화와환원_언제나함께일어나는반응
039화학전지_개구리뒷다리에서시작된볼타전지
040철_대제국건설토대가된금속
041강철과합금_더사용하기에좋은금속을만들기위해서연구해요
042철의부식_녹이생기는것을막을방법은없을까?
043알루미늄_우리일상에늘함께하는금속
044물의기원_물은언제어디에서왔을까?
045수질오염_편리함이커지면책임도커져요
046물의오염도_오염된물과우리의삶
047센물과단물_깊은산속옹달샘vs우리집수돗물
048정수_우리가마실물은충분한가?
049물과기름_섞이는것과섞이지않는것
050계면활성제_비누는어떻게기름을녹일까?
051화석연료_과거의생물들이인류에게남겨준선물
052석유_20세기를주도한에너지원
053원유의증류_끓는점차이를이용해액체혼합물을분리해요
054합성연료_사람들이탄소중립에주목하는이유는무엇일까?
055대기오염_인간의에너지소비가낳은환경파괴
056온실효과_갈수록뜨거워지는지구
057오존과오존층_우리를보호해주는오존층,이제는우리가지킬차례
058산성비_산성비로대머리가되지는않지만,지구가아파요
059원자력발전_화석에너지의대안이될수있을까?
060핵융합_꿈의에너지핵융합발전은가능할까?
061달탐사_우주자원을차지하기위한경쟁과헬륨-3
062유기화합물_탄소의마술,유기화학의세계
063포화와불포화_알듯모를듯아리송한용어들
064알코올_알코올이라고해서다같은알코올이아니랍니다!
065식초와빙초산_식탁에서만나는산성유기물질
066아미노산과단백질_생명현상에있어무엇보다도중요한물질
067단백질_단백질구조해석,생명과학의새장을열다
068벤젠_이상한모양의유기물질
069녹말과당_간단한단당류길게엮어다당류
070지방과트랜스지방_좋은기름이있고나쁜기름이있다고요?
071MSG_오랫동안오해받고있는부뚜막조미료
072단맛_벗어나기힘든달콤한유혹
073청량음료_산뜻하고시원한음료에담긴과학
074비타민_생명의아민,남용하면안돼요!
075카페인_신비로운영약일까해로운물질일까?
076미네랄_미량이지만꼭필요한원소
077에스터_좋은향이나는물질을가지고싶어!
078가스냄새_부탄가스는원래냄새가전혀없다고요?
079식품첨가물_정체를알수없는이름,해롭지않을까?
080옥수수와유전자조작_주식으로또간식으로인류와함께한식품
081질소산화물_무섭고도고마운물질이랍니다!
082아스피린_명약중의명약
083의약품부작용_아무리좋다는약도모르면독이에요
084스테로이드_만병통치약인줄알았지뭐예요!
085자외선_생존을위협하는햇빛종류가있다고요?
086녹말과셀룰로오스_사람은왜풀을소화할수없을까?
087천연고분자_의복의재료로사용된자연의선물
088나일론_새로운섬유물질의발명과의복혁명
089합성섬유와음악_악마의바이올리니스트가탄생한이유는?
090합성수지_플라스틱시대를열다
091플라스틱쓰레기_넘쳐나는플라스틱,인류의새로운골칫거리가되다
092탄소섬유_생활속으로파고든고분자섬유
093반도체_4차산업혁명과기술기업의무한경쟁
094전도성고분자_전기가통하는플라스틱,무한한활용성에도전하다
095그래핀과탄소나노튜브_인류의꿈을이루어줄신소재
096유리와세라믹_딱딱한액체에담긴과학
0972차전지_지금,이순간에도우리곁에있는재사용가능한전지
098연료전지_우주탐사를위해개발된전지
099전기자동차와연료전지자동차_친환경자동차는정말친환경적일까?
100농약_살충제와제초제그리고인간이만든가장무서운물질
101식량과화학_식량문제를해결한과학

술술술재미있게읽다보면
착착착쌓여가는화학지식

우리를둘러싼모든물질이가진화학의비밀을안내하기위해국제화학올림피아드운영위원,과학앰배서더,대한화학회이사를역임한정규성교수가나섰다.물리화학박사이자교육현장에서학생들과활발하게만나고있는저자는별의탄생부터일상의화학,미래를위해알아두어야할화학지식까지갈릴레이이후인류가이룬성과에서화학이물질과학에영향을미친중요도에따라101개키워드를꼽았다.정규성교수와함께101개키워드를따라가면어느새향기를맡으면에스터를떠올리고,손을씻으며친수기를생각하고,자고일어나면밤새내뿜은이산화탄소를내보내기위해환기하며,얼음이부풀것을감안하여물을적게얼리는자신을발견할것이다.

외우기위해애쓰는대신,『101화학』을만나면세상을바라보는지식의한계를뛰어넘을수있다.과학기술발전을이용하고활용하는책임은인간에게있음을깨닫고,환경오염을이야기할때내연기관과석탄을탓하지않고탄소감축을위해인류가해야할노력을고민하며,석탄또한지구가우리에게준귀중한선물임을알수있을것이다.

과학기술개발에는늘양면성이따르며,인간의모든에너지소비는필연적으로환경파괴를수반한다.우리는화학지식을응용해지구를보호하며개인의삶을더윤택하고지혜롭게하는기적을만드는사람이될수있다.더욱이생각해볼거리를던져주는재치있는일러스트들은화학으로가는문턱을낮추는데도움을준다.

책속에서

현대과학에의하면우주는100여종의원자가물질의바탕을이루고있어요.이중에서수소와헬륨처럼가벼운원자들은우주가탄생하던대폭발bigbang초기에만들어졌고,일부는별이진화하면서별내부에서만들어집니다.또금이나은처럼무거운원소들은초신성이폭발하는과정에서생성되기도하고요.우리들의몸을이루고있는다양한원소들의역사도마찬가지입니다.그래서어떤학자는“우리는모두과거에별이었으며별에서온존재다.”라고말합니다.이말은우리의몸자체가우주의역사를고스란히품고있다는의미예요.더는쪼개지지않는다는의미로이름지어진원자였지만,현대과학은원자를더작은알맹이로자를수있다는사실을알아냈어요.원자는핵과전자로이루어졌으며,원자핵은양성자와중성자로또이들은소립자라고부르는더작은입자로이루어져있다는사실은이제크게놀랄일도아니지요.그리고지금이순간에도더작은알맹이인기본입자elementaryparticle의본질을탐구하고자하는우리인류의연구는계속되고있어요.
_“003|원자|현대과학의바탕이된불멸의아톰”중에서

축구선수들의포지션을그라운드에표시해놓고보면마치골키퍼를기점으로바깥쪽으로겹겹이껍질처럼둘러싸고있는것같습니다.원자내에있는전자들도마찬가지예요.이들에게도각각맡은영역이있습니다.원자핵을중심으로전자들의고유영역을표시해놓고보면마치껍질같은구조로보이거든요.물론이껍질이양파나호두처럼항상둥근모양은아니고완전히경계가나누어진것도아니에요.하지만확률적으로전자들이자주출몰하는지역을살펴보면분명껍질과같은형태를가지고있어요.축구선수들의포지션은선수각자의기량에따라정해집니다.마찬가지로원자내에있는전자의위치를결정하는것은그전자가갖고있는에너지예요.전자가가진에너지가낮을수록(안정할수록)안쪽에위치할확률이높고,반대로에너지가높
을수록(불안정할수록)바깥쪽에위치할확률이높아요.
이제다시원점으로돌아가보죠.화학은전자의이동을연구하는학문이라고했어요.그렇다면전자들은각기포지션에따라상대적으로더잘이동하는것도있고그렇지못한것도있을거예요.원자내의전자들은껍질구조로되어있는데그중에서가장바깥에위치한껍질에있는전자들은에너지가높아서(불안정)쉽게위치를이탈할수있답니다.반면안쪽에있는전자들은여간한외부충격에도잘견디며쉽게위치를이탈하지않아요.화학에서는가장바깥쪽껍질에있는전자를최외각전자valenceelectron,또는‘원자가전자’라고부른답니다.반대로안쪽껍질에있는전자를내부전자coreelectron라고부릅니다.
_“015|전자구조|에너지에따라결정되는전자의포지션”중에서

우리는혼자가되면누군가를그리워하고,또어떤사람과너무가까워지면적당히거리를두고싶어하는마음이생깁니다.사람들의마음에는이른바‘사랑’과‘미움’이공존하며이것들은사람사이의관계를적절히조절해주는역할을하지요.물질사이에도이런작용이있답니다.물론사람과같은사랑과미움의감정은아니겠지만,그작용은유사하다고말할수있어요.화학에서는이런알맹이들의상호작용이때로는화학결합이라는현상으로나타납니다.
세상의모든물질은원자라는알맹이로이루어졌다고했지요.또원자는그안에핵과전자라는더작은알맹이들을가지고있고요.핵은양전하를,전자는음전하를띠고있어그둘사이에는서로잡아당기는힘(정전기적인력)이존재합니다.그래서원자가안정한상태를유지하도록균형을유지해주지요.여러개의전자를가진원자에서는핵의양전하를모든전자가균일하게느끼기어려워요.아무래도핵에가까이있는전자가멀리있는것보다는핵과의관계(정전기적인력)를더잘유지할수있고,핵에서멀리떨어져있는전자는앞쪽에있는전자들의방해로핵의양전하를제대로느끼기어렵죠.이런전자는작은충격에도핵과의관계가끊어져서쉽게떨어져나갈수있답니다.이때전자가떨어져나간원자는양전하를띤이온이됩니다.앞에서살펴보았듯,이것을양이온이라고불러요.이와는정반대로어떤원자는전자를받아들이기쉬운상태에있어요.전자를받아들인원자는음전하를띠게되고,우리는이것을음이온이라고부릅니다.여러분은서로반대의전하를띤물체에는서로잡아당기는성질이있다는것을잘알고있을것입니다.그래서양이온과음이온은서로잡아당길수있답니다.또같은전하를띤양이온과양이온혹은음이온과음이온끼리는서로밀어내려고하는힘이생기고요.
_“025|화학결합|알맹이들도서로사랑하고미워해요”중에서

‘간편함’을만능으로여기는시대입니다.우리주변에서가장쉽게볼수있는금속중하나가바로알루미늄일거예요.알루미늄은음료캔에서부터창틀용재료그리고음식물의포장에이용되는알루미늄포일에이르기까지그이용도가정말다양하지요.그런데이렇게흔한알루미늄이조금만옛날로거슬러올라가도아주구하기어려운귀한금속이었다는것을알고있나요?알루미늄은지각을이루는원소중에서산소와규소에이어세번째로풍부한원소예요.전체지각질량의약8.2%를차지한다고알려져있죠.금속원소중에는단연첫번째로풍부한물질이기도해요.지각에서발견되는알루미늄은대개보크사이트bauxite라고불리는알루미늄산화물,철산화물,실리카등이혼합된형태로존재해요.사실사람들에게친숙한금속인금,은,구
리,납,철등은오랜옛날부터자연에서원소상태로발견되었고그것을생활에이용할수있었지만,알루미늄은그렇지못했어요.알루미늄금속은비교적최근에야우리에게알려졌거든요.1754년독일화학자마르크그라프Marggraf는백반(명반)속에금속산화물이존재한다는사실을알아냈고,1809년영국의데이비Davy가이것을처음으로분리해내는데성공했어요.알루미늄aluminum은라틴어의백반을뜻하는‘almen’에서유래된말이에요.그후수은에녹아있는염화알루미늄을환원하여순수한알루미늄을얻는방법이발명됐지만,이방법으로얻을수있는알루미늄양은매우적었어요.그래서19세기중반까지만해도알루미늄은가장비싼귀금속으로분류되었고아주특별한계층의사람들만소유할수있었답니다.
알루미늄의은은하고고급스러운광채는프랑스의나폴레옹황제를매료시켰다고하죠.그는특별한손님을접대할때만알루미늄으로만든식기를썼다고해요.
_“043|알루미늄|우리일상에늘함께하는금속”중에서

삼투압osmoticpressure은우리가김치를담글때배추를절이는과정에서흔히접하는현상이지요.쉽게말하면,야채에소금을뿌렸을때속에있는물이밖으로빠져나오는현상이에요.물은염분농도가낮은쪽에서높은쪽으로이동하는데이때발생하는압력을삼투압이라고한답니다.역삼투는이와정반대되는현상이에요.즉삼투압과는반대로염분의농도가높은쪽에서낮은쪽으로반투막semipermeablemembrane을거쳐물이이동하도록외부에서압력을가해주는것이죠.최근에는가정에서사용하는정수기에도이런역삼투방법을이용하기도해요.가정용역삼투정수기는수돗물의압력을이용해외부압력을만들어요.따라서정수기를가동하기위해수돗물을낭비하는문제가생깁니다만,역삼투방법은깨끗한물을얻을수있는효율적인방법중하나예요.다만역삼투현상의핵심이되는반투막의필터를잘관리해야한다는점을잊으면안되겠지요?
우리나라는풍부한담수자원을가진나라로세계에서손꼽힙니다.하지만수돗물을불신하는마음이커서상당수가정에서는정수기를사용하거나생수를구입하여마시지요.지구상의상당수나라가물부족에시달리며안정된식수의보급마저위협받고있는상황에서우리가무심코흘려버리는물,하천이나해양으로무단방류하는각종쓰레기그리고수많은생활플라스틱과각종화학제품이우리의지구를오염시킵니다.이에따라한모금의물마저도안심하고마실수없게만들고있어요.이러한식수의불균형을그대로방치하면머지않아우리가당연한듯누리는평온한삶의균형이깨질수도있어요.
_“043|알루미늄|우리일상에늘함께하는금속”중에서

현재전세계에서생산되는석유의양은하루에1억배럴(1배럴=159리터)정도예요.일부는각국가가전략적으로저장하고있으나대부분은소비됩니다.정말어마어마한양이지요.지난35년간인류가소비한석유의양은약1조배럴에이를것으로추산되고요.이변이없는한석유사용은계속증가할것으로예측됩니다.또한가지문제는향후우리가사용할수있는석유의총량이얼마인가하는것이지요.연구자마다예측치가다르지만,경제적가치가있는석유의매장량은약2~3조배럴일것으로추산돼요.하지만경제성이떨어지는석유까지고려하면이보다서너배는많을것으로추측됩니다.석유의소비감소와대체에너지개발에적극적으로나서지않는다면,인류는최소다음세기에석유자원의고갈을맞이하게될확률이높아요.
석유는다른행성이나천체에서지구로날아온자원이아니에요.지구라는시스템이오랜시간에걸쳐스스로만들어낸것이지요.석유에너지의근원은사실태양이에요.수억년전태양에너지로광합성해서번성했던식물들과그것을먹고자란동물들의유해가오랜시간층층이땅에묻혀만들어진것이석유입니다.문제는사람들이그오랜시간동안만들어진석유를단지수백년만에모조리소비해버렸다는거예요.더심각한사실은우리가모두그결말을잘알고있으면서도대안을찾는데소홀하다는점이고요.지금이순간에도어디에선가는석유자원의고갈을염려하고환경파괴를경고하는목소리가나오고있지만,석유소비를줄이려는노력은너무미약해요.과학을공부하는우리는이문제를깊이생각해야해요.
_“052|석유|20세기를주도한에너지원”중에서


읽다가덮는과학책,외우기만하는과학책대신101개키워드에담긴이야기를호흡에맞추어따라가보자.그러면어느새화학지식이이해되고,과학을알아가고교양을쌓아가는자신을만날것이다.책장을덮고난이후에는주기율표너머의새로운화학을볼수있으리라.