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자연과학의 중심과학, 화학의 이론부터 생활 속 활용까지

당신이 알고 싶은 화학의 모든 것 그 이상을 담았다. 화학의 역사, 원자와 분자, 생활 속 화학, 유기화학, 무기화학, 분석화학, 재료과학, 천체화학 그리고 직접 해볼 수 있는 화학실험 등 화학의 모든 지식을 모았다. 왜 화학이 자연과학의 중심과학인지 확인할 수 있을 것이다.

자연과학의 중심과학이라 불리는 화학의 모든 것 그 이상을 담았다.

화학의 역사, 원자와 분자, 생활 속 화학, 유기화학, 무기화학, 분석화학, 재료과학, 천체화학 그리고 직접 해볼 수 있는 화학실험 등 화학의 모든 지식을 모았다?!
왜 화학이 자연과학의 중심과학인지 확인할 수 있을 것이다.

건강에 더 많은 괌심을 가지게 되고 환경을 돌아보게 되면서 이 모든 것에 관여하는 화학의 영역과 영향력은 확대되고 더 중요해져 가고 있다.
그렇다면 우리가 순간순간 갖게 되는 의문들과 다양한 생각들에 대한 답은 어디에 있을까? [한권으로 끝내는 화학]에는 화학의 역사와 화학자들, 화학 이론뿐만 아니라 생활에 적용되고 우리가 관찰 가능한 화학과 우주의 영역, 에너지 속 화학까지 다양한 화학적 지식을 소개하고 있다. 따라서 화학의 기초부터 응용까지 궁금한 수많은 화학적 질문에 대한 답을 찾게 될 것이다!

여드름 속에는 무엇이 있을까? 칠면조 고기를 먹으면 왜 졸릴까? 불꽃은 어떤 원리로 작용할까? 숙취의 원인은 무엇일까? 고층 연금술과 화학의 차이는 무엇인가? 환경에 가장 해로운 유기 오염물질 12가지는 무엇일까? 질량과 무게는 어떻게 다른가? 유전정보는 RNA와 DNA에 어떻게 저장되어 있을까? 진공 중에서 빛보다 빠른 것이 있을까? ADHD의 치료는 어떻게 할까? 화학자들은 멀리 있는 분자를 어떻게 연구할까? 빅뱅이론을 대체할 다른 이론이 있는가? 그리고 우리가 쓰는 모기약과 상처에 바르는 연고, 샴푸는 어떤 성분을 가지고 있을까? 원자력은 왜 편리하며 어떤 위험을 갖지고 있을까?
화학에는 이 질문들에 대한 답이 있다. 화학에 관한 재미있는 많은 이야기와 발명 뒤에는 많은 사람들의 이야기가 있다. 고등학교나 대학에서 화학을 공부했거나 화학과 관련된 직업을 가지고 있는 경우에도 이 책은 즐거움을 선사할 것으로 확신한다. 이 책을 쓰는 동안 매우 즐거웠다. 독자들은 이 책이 교과서의 접근 방법과 전혀 다르다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 살아가면서 매일 만지고 느끼고 맛볼 수 있는 것들에 대한 수백 가지 질문의 답을 원한다면 이 책은 올바른 선택이 될 것이다.
《한 권으로 끝내는 화학》은 우리 생활 속의 화학을 설명하기 위해 질문하고 답하는 형식을 차용했다. 이 책에는 지속가능한 화학, 요리의 화학, 천체 화학에 관한 장도 있다. 여러분이 궁금한 것이 있다면 주저말고 찾아보길 바란다!

[책속으로 추가]

일산화탄소가 위험한 이유는 무엇인가?
일산화탄소를 흡입하면 폐에서 혈액으로 들어가 헤모글로빈(‘생화학’ 참조)의 철 중심과 결합한다. 헤모글로빈은 산소보다 일산화탄소와 훨씬 강하게 결합하기 때문이다. 일산화탄소는 혈액이 산소를 운반하는 능력을 감소시킨다. 이런 일이 일어나면 우리의 근육과 뇌는 산소 부족을 겪게 되어 물에 빠진 듯한 상태가 된다.
일산화탄소는 색깔이나 냄새가 없기 때문에 일산화탄소 감지기가 없으면 감지하기 어렵다. 그런데 일산화탄소의 농도가 100ppm 이상이면 사람에게 위험하거나 치명적일 수 있다.
일산화탄소에 중독되면 뇌나 내분비계통, 신경계, 심장 등 다른 기관이 손상되기도 한다. 일산화탄소 중독은 전 세계적으로 가장 흔히 일어나는, 생명을 위협하거나 상해를 입는 중독 사고이다. 일산화탄소에 중독된 사람은 목숨을 건진 후에도 후유증이 오래 남는다.
일산화탄소 중독의 초기 증세는 두통과 구역질이다. 일산화탄소 중독 치료는 일반적으로 100%(공기에는 약 20%의 산소만 포함되어 있다) 산소(O2) 하에서 호흡하도록 하여 일산화탄소 대신에 산소를 헤모글로빈과 결합시키는 것이다.

모기 기피제에는 어떤 물질이 사용되는가?
N, N-디에틸-메타-톨루아미드(일반적으로는 DEET라고 알려진)가 가장 일반적으로 사용되는 모기 기피제이다. 이 화학물질은 모기나 다른 벌레의 접근을 막기 위해 피부에 직접 바를 수도 있다. 모기는 DEET의 냄새를 싫어하기 때문에 이 약을 바르면 모기를 퇴치할 수 있다. 하지만 사람에 따라 DEET의 자극성이 영향을 미치거나 드물게는 발작 등 심각한 건강상의 문제를 야기할 수도 있다.

환경에 가장 해로운 유기 오염물질은?
EPA는 특별한 주의를 기울여야 하는 12가지 유기 오염물질 리스트를 발표했다. 이 리스트에는 알드린, 클로로데인, 디클로로페닐 트리클로로에탄, 디엘드린, 엔드린, 헵타클로로, 헥사클로로벤젠, 마이렉스, 톡사펜, 폴리염화바이페닐, 폴리염화디벤조다이옥신, 폴리염화디벤조푸란이 포함되어 있다. EPA는 이 화합물에 ‘ 더러운 12더러운 12’라는 이름을 붙였다.
과학자들은 왜 반도체반도체에 관심을 갖는 것일까?
반도체는 전기전도도를 이용해 정의된, 전기를 아주 잘 흐르게 하는 도체(금속과 같은)와 전기를 흐르지 못하게 하는 부도체(절연체) 사이의 전기전도도를 가지고 있는 물질이다. 이런 성질이 반도체를 유용한 물질로 만든다. 과학자들은 반도체를 이용해 회로에 흐르는 전류를 제어하는데 이것은 오늘날 우리에게 익숙한 복잡한 전자기기 개발에 중요한 역할을 한다. 또 여분의 전자를 가지고 있는 물질을 ‘도핑’하거나 전자가 부족한 물질을 도핑하여 반도체에 흐르는 전류의 방향을 제어할 수 있다. 반도체는 태양 에너지를 이용하는 설비에서도 중요한 역할을 한다. 전류가 흐르게 할 수 있는 전자를 ‘방출’하기 위해 반도체가 흡수해야 할 에너지의 양을 정밀하게 조정할 수 있기 때문에 과학자들은 태양 에너지(광자 에너지)를 전기에너지로 저장할 수 있는 물질 개발이 가능하다.

빅뱅이론을 대체할 다른 이론이 있는가?
물론 있다. 빅뱅이론이 현재 우주의 기원을 설명하는 이론 중에서 가장 널리 받아들여지는 이론이기는 하지만 다른 이론도 존재한다. 이 중 일부는 다른 이론보다 과학적으로 훨씬 더 그럴듯하다. 인터넷을 조사해보면 그 밖에도 수많은 이론을 찾아낼 수 있을 것이다. 그중 사람들의 관심을 가장 많이 끄는 것은 우주가 팽창과 재탄생을 주기적으로 반복한다는 이론이다. 빅뱅이론에서 설명하고 있는 것과 같은 팽창주기 다음에는 밀도가 높은 상태로 수축하는 주기가 있고, 그 다음 다시 팽창한다는 것이다.

감사의 글 8
머리말 9

화학의 역사 11

원자와 분자 26

원자의 구조 26
반응성의 경향과 주기율표 31
원소의 성질과 원자 안의 전자들 37
분자와 화학결합 42

우리가 보는 큰 세계의 성질 54

물질의 상태와 성질 54
음식과 감각 69

화학반응 75

운동학과 열역학 75
산과 염기 84
촉매와 산업 화학 86
그 밖의 화학반응 88

유기화학 93

구조와 명명법 93
유기화합물의 반응 106

무기화학 115

구조와 결합 115
전기와 자기 121
유기금속 화학 124
분석화학 135

간단한 수학 135
두 번 측정 140
전기화학 149
우리 생활 속의 분석화학 152

생화학 157

생명 분자 157
유전학 165
물질대사와 다른 생화학적 반응 170
뇌! 178

물리화학 및 이론화학 186

에너지가 모든 것이다 186
운동학 193
파동의 속도 194
레이저 197
기타 분광학 200
이런 것을 상상할 수 있을까 204

원자핵화학 207

원자 내부의 화학 207
실제로 응용되는 원자핵화학 214

고분자화학 223

고분자도 분자이다! 223
우리 주변의 고분자 227

에너지 241

에너지원 241
오염 245
새로운 에너지원 249
에너지의 계량화 255

현대 화학실험실 259

정제는 필수적이다 259
분광학과 분광분석법 263
다른 측정들 267
안전 우선! 271
우리 주변 세상 273

의학과 의약품 273
식품 화학 282
자연 세계의 화학물질 290
우리 세상의 화학물질 294

지속 가능한 ‘녹색’화학 313

재료과학 332

천체화학 346

부엌의 화학 360

집에서 직접 할 수 있는 화학실험 375

물리상수 407
환산표 408
용어해설 410
화학의 역사 연대표 430
노벨 화학상 수상자 460
참고 도서 459
추천 도서 462
찾아보기 465
이미지 저작권 472

감사의 글

DHD의 치료는 어떻게 할까?
리타린[24C7]리타린?(메틸페니데이트)은 아마도 ADHD(주의력결핍 과다행동장애) 치료에 사용되는 가장 일반적인 약물일 것이다. 리타린?는 각성제로 뇌의 도파민 수치를 증가시킨다. 우리 뇌는 즐거운 감정을 전달하고 집중력을 증가시키는 것으로 알려진 뉴런의 활동을 높이기 위해 도파민을 분비한다.

진통제는 몸의 어느 부분이 아픈지 어떻게 알까?
다른 말로 표현하면 진통제를 먹었을 때 왜 몸 전체가 둔해지지 않는가? 이 질문을 이부프로펜과 같은 비스테로이드성 약물에만 국한시켜 보자. 이부프로펜이나 이와 비슷한 약물은 우리 몸이 뇌로 고통을 전달하는 일련의 신호를 방해하는 작용을 한다. COX(고리형 산소화 효소) 계열의 효소는 신호의 전달 과정에서 중간 전달자의 역할을 한다. COX 효소는 한 종류의 신호를 몸이 고통으로 인식할 수 있는 다른 신호로 바꾼다. 이부프로펜은 중간 전달자에 작용함으로써 고통이 발생한 곳에서만(첫 번째 신호가 이미 있는 곳에서만) 효력을 발생한다. 따라서 이부프로펜을 먹어도 몸 전체의 감각이 둔해지지는 않는다.

추운 날씨는 실제로 감기의 원인이 되는가?
이것은 사실이 아니다. 감기는 감기 증상을 일으키는 바이러스가 들어와서 걸리는 질병이다. 감기 바이러스는 추운 날씨와는 아무 관계(직접적인)가 없다. 추운 날씨에 감기에 더 많이 걸리는 단 하나의 이유는 사람들이 실내에서 보내는 시간이 길어져 서로 더 가까이 지내게 되고 따라서 사람들 사이에 쉽게 바이러스가 전염되기 때문이다.

천연 조미료와 인공 조미료의 차이는 무엇인가?
천연 분자와 인공 분자의 구별은 화학이나 생물학적인 것이 아니라 법적인 것이다. 바닐린을 특정한 씨에서 추출하여 분리했다면 이것은 ‘천연 바닐린(천연 바닐라)’이라고 한다. 그러나 같은 분자를 나무에서 자연적으로 발견되는 고분자인 리그닌을 이용해 만들었다면 이것은 ‘인공 바닐린’이라고 한다. 두 바닐린의 차이점은 단지 리그닌이 바닐린으로 변하는 동안 법적으로 ‘자연적’이라고 할 수 없는 화학적 과정을 거쳤다는 것이다. 이 경우 ‘천연’이나 ‘인공’ 분자는 정확하게 똑같은 물질이지만(같은 원자, 같은 결합, 같은 입체 구조 등) 천연 분자와 인공 분자가 다른 경우도 있을 것이다.

자외선 차단제는 어떤 작용을 할까?
자외선 차단제는 태양에서 오는 자외선을 반사하거나 흡수한다. 자외선 차단제는 빛을 반사하기 위해서 흰색(따라서 모든 파장의 빛을 반사한다) 분말인 티타늄이나 산화아연을 함유하고 있어야 한다. 또는 빛 흡수를 위해 해로운 파장의 자외선과 상호작용하는 유기화합물을 함유하고 있어야 한다. 대부분의 자외선 차단제가 티타늄 또는 산화아연을 사용하고 있지만 사용되는 유기화합물의 종류는 제품이나 나라에 따라 큰 차이가 있다.