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14가지 실험을 통해 화학의 세계로 가는 문을 거침없이 열어주는 [케미가 기가 막혀]. 아침에 일어나 들이마신 공기는 산소 기체이며 세수를 할 때 사용하는 물은 극성 분자인 화합물이다. 아침 식사로 먹은 음식은 탄수화물과 단백질 등으로 화학식을 이용해 나타낼 수 있고 물을 따라 마신 플라스틱 컵은 폴리에틸렌 계열의 고분자 화합물로서 에틸렌이라는 단위체를 이용하여 첨가 중합 반응을 통해 만들었을 것이다. 화학의 세계는 이처럼 우리와 친밀하다. 다만 인식하지 못했을 뿐이다. 이 책은 화학이 결코 먼 세상에 존재하는 어려운 학문이 아니라는 것을 알려준다. 글이 아닌 실험을 통해 일상에서 마주하는 화학 원리를 들여다보며 화학의 깊고 오묘한 세계를 세밀하게 살펴본다.

한국출판문화산업진흥원 2015년 우수 출판콘텐츠 선정작
인류의 운명을 바꾼 화학 실험, 우리도 할 수 있다!!
쉽고 재미있는 실험으로 화학과 친해지는 시간!
낯선 용어와 화학식, 복잡한 수식과 무작정 외우고 보는 주기율표. 화학의 세계는 멀고 복잡하기만 할까? 결코 그렇지 않다. 어려운 기호만 잔뜩 있는 책은 잠깐 덮고 일상 속으로 눈을 돌려보자. 거리를 가득 채운 가로수에도, 다이빙 하고 싶은 푸른 바다에도, 오늘 아침 먹은 밥그릇에도, 우리의 몸에도 화학의 원리가 숨어 있다. 『케미가 기가 막혀』는 일반인들이 과학의 원리에 가볍게 접근할 수 있도록 무게를 뺀 《푸른들녘 교양과학》 시리즈의 첫 번째 이야기다. 과학이 어려운 이유는 과학의 원리를 교과서를 통해 이론으로만 접하기 때문이다. 그러다 보니 그 개념을 온전히 이해하기가 쉽지 않다. 이 책은 이론 중심의 과학책에서 벗어나 낯선 용어와 복잡한 화학식 대신 학생들도 간단히 해볼 수 있는 실험을 통해 화학의 원리에 좀 더 친근하게 다가간다. 저자는 10년 동안 EBS 수능방송에서 전국의 학생들과 호흡하며 화학의 세계를 안내하는 No.1 화학 교사이다. 화학의 세계는 복잡한 수식이 아니라 일상 속에 숨겨진 마술처럼 흥미로운 것임을 알리기 위해 두 팔을 걷고 실험실로 나섰다. 유명 화학자들의 실험과 그들의 이론을 일상의 예를 들어 설명하고 학생들이 집, 혹은 학교 실험실에서 간단하게 해볼 수 있는 실험들로 내용을 꾸몄다. 단순히 실험으로만 끝난다고 생각하면 오산! 실험 결과를 알기 쉽게 풀어 설명하고 왜 그런 현상이 일어나는지, 실생활에서 어떻게 활용할 수 있는지, 친밀한 예를 곁들여 화학 원리의 이해를 돕는다. 이 책 속에 담긴 화학 실험 이야기는 중고등학교 화학에서 기본적으로 다루는 내용이다. 교과서에 나오는 화학 개념을 이해하는 데 도움을 얻고자 하는 학생, 평소 과학에 관심이 많은 청소년과 어른들의 교양서로도 충분히 활용 가능하다. 또 집에서 부모님과 함께, 동아리에서 가볍게, 책에 나오는 실험을 따라 하다 보면 화학이 한결 친근해질 것이다. 화학 실험은 절대 거창한 것이 아니다. 인류의 운명을 바꾼 화학자들도 처음엔 모두 학생이었다. 그들 역시 앞 세대의 실험을 따라 해보고, 일상에 숨은 화학의 원리에서 번뜩이는 아이디어를 찾았다. 과학사에 길이 남은 화학자들의 이야기와 그들의 연구, 그리고 따라 해볼 만한 실험을 통해 즐겁고 흥미로운 화학의 세계로 가는 문을 힘차게 열어보자.

머리끝부터 발끝까지, 눈을 뜬 순간부터 잠이 들 때까지,
우리가 숨 쉬는 생활 구석구석에 녹아 있는 화학을 만나다!!
지구에는 약 70억 인구가 살고 있다. 그들이 사용하는 언어의 종류는 무려 6,700여 가지나 된다. 말할 것도 없이 같은 사물을 지칭하는 언어도 서로 다르다. 그러나 화학을 배운 사람들은 하나의 언어로 소통할 수 있다. 바로 물질을 나타내는 기호인 원소 기호와, 원소 기호의 조합으로 이루어진 화학식을 사용해서 말이다. 하지만 우리에게 원소 기호와 화학식은 외계어 만큼이나 낯설다. 그 이유는 화학의 원리를 이해하려고 하기보다 교과서에 있는 이론만 달달 외우려고 하기 때문이다. “화학을 왜 배워야 하죠?”, “화학은 우리와 아무 상관도 없잖아요” 하며 화학을 어려워하는 청소년들에게 필요한 것은 어려운 화학 공식이나 이론이 아니다. 화학이 우리 생활과 얼마나 가까운지 깨닫는 것이 먼저다. 세계 각국의 친구들이 모여 축구 시합을 했다. 목이 말라 물을 마시려고 하는데 물을 표현하는 말은 나라마다 다르다. 이때 화학 기호를 이용하면 쉽게 의사소통을 할 수 있다. 외계어라고만 생각했던 화학 기호가 통역사 역할을 한 순간이다. 화학은 우리가 사용하는 물건에서도 쉽게 찾아볼 수 있다. 아침에 일어나 들이마신 공기는 산소 기체이며 세수를 할 때 사용하는 물은 극성 분자인 화합물이다. 아침 식사로 먹은 음식은 탄수화물과 단백질 등으로 화학식을 이용해 나타낼 수 있고 물을 따라 마신 플라스틱 컵은 폴리에틸렌 계열의 고분자 화합물로서 에틸렌이라는 단위체를 이용하여 첨가 중합 반응을 통해 만들었을 것이다. 이처럼 자신이 먹었던 음식, 자신이 사용하고 있는 물건, 단 하나만 살펴보더라도 구성 성분의 요소와 제작 과정의 요소, 하나하나에 화학이 숨겨져 있다는 것을 알 수 있다. 화학의 세계는 이처럼 우리와 친밀하다. 다만 인식하지 못했을 뿐이다. 이래도 화학이 어렵기만 하다고? 『케미가 기가 막혀』는 화학이 결코 먼 세상에 존재하는 어려운 학문이 아니라는 것을 알려준다. 글이 아닌 실험을 통해 일상에서 마주하는 화학 원리를 들여다보며 화학의 깊고 오묘한 세계를 세밀하게 살펴보자.

『케미가 기가 막혀』 화학 실험실에 오신 것을 환영합니다.
자, 이제 흰 가운을 챙겨 입고 실험용 장갑을 장착하고 『케미가 기가 막혀』 화학 실험실로 들어가보자. 『케미가 기가 막혀』는 14가지 실험을 통해 화학의 세계로 가는 문을 거침없이 열어준다. ‘물의 전기 분해 실험’, ‘톰슨의 전자 발견 실험’, ‘물질의 아보가드로수’, ‘극성 분자와 무극성 분자’, ‘샤를 법칙 실험’, ‘금속의 반응성’, ‘물질의 상태 변화’ 등 화학의 세계를 빛낸 과학자들의 실험을 직접 해볼 수 있도록 그 과정을 자세히 설명했다. 실험 제목이 어려워 보인다고? 천만에 말씀! 우리도 할 수 있다. ‘물질을 쪼개고, 쪼개고 또 쪼개면 어떻게 되는지’, ‘나폴레옹 군대가 세계 정복에 실패한 이유’가 뭔지, ‘은수저의 녹을 제거하는 방법’과 ‘김치찌개의 신맛을 잡는 법’ 등 일상에서 쉽게 접할 수 있는 예를 통해 유명한 화학자들의 실험을 재현할 수 있다. 생활 속 화학의 원리에 눈을 떴다면 Chemical Lab(케미컬 랩)의 실험 과정을 따라 직접 화학자들의 실험을 진행해보자. 저자가 몸소 실험하며 촬영한 사진과 친절한 설명은 청소년들이 스스로 실험해보고 결과를 통해 원리를 이해할 수 있도록 돕는다. 여기서 끝이 아니다. 선생님과 함께 실험 결과를 자세히 살펴보고 실생활에서 화학법칙이 적용되는 사례를 찾아보자. 스스로 새로운 사례를 더 생각해보고 친구들과 이야기를 나눠봐도 좋다. 평소 더 관심 있던 부분이나 교과서에 나온 부분을 영역별로 찾아보면 좀 더 말랑말랑한 화학의 세계를 만날 수 있을 것이다. 실험할 여건이 갖춰지지 않았다고? 풍부한 실험 사진과 일러스트가 실험실에서 직접 실험하는 것 같은 생생함을 전해줄 것이다. Chemical Lab 페이지를 동아리나 수업시간의 실험 자료로 활용해도 좋다. 실험 결과 부분에는 ‘왕 초코파이 만들기’ 등 지금 당장 쉽게 해볼 수 있는 간단한 실험도 준비되어 있으니 집에서도 부담 없이 화학자가 될 수 있다. 열심히 실험을 했다면 한숨 돌릴 차례! Chemical Story(케미컬 스토리)에 등장하는 과학자들의 업적과 화학계의 재미난 사실을 읽다 보면 어느새 화학과의 케미가 돈독해졌음을 느낄 수 있을 것이다.

책속으로 추가

자, 이렇게 어떤 전해질이 수용액이냐에 따라 (+)극과 (-)극에서 얻어지는 물질, 그리고 액성은 달라질 수 있습니다. 그렇다면 다시 나무꾼 이야기로 돌아가보도록 할까요? 나무꾼은 어떻게 도금된 금도끼와 은도끼를 만들 수 있었을까요? 그렇죠! 바로 전기 분해의 원리를 이용하면 됩니다. 다시 말해 ‘(+)극에는 도금시키고자 하는 금속(금도끼나 은도끼)을 연결하여 산화 반응이 일어나도록 하고, (-)극에는 내가 도금하고자 하는 대상(쇠도끼)을 연결하여 환원 반응이 일어나게 해주는 것입니다. 만약 은판을 이용하여 은수저를 도금하고 싶을 경우 258쪽 표의 그림과 같이 (+)극에는 은판을 연결하고, (-)극에는 수저를 연결하여 (+)극에서는 산화 반응이, (-)극에서는 환원 반응이 일어나게 해야 한다는 뜻이죠. 이때 또 하나 중요한 요소가 있는데요. 바로 전해질입니다. 전해질의 경우 도금시킬 금속 이온이 녹아 있는 도금액으로 맞춰줘야 한다는 사실을 잊지 마세요!
_257쪽

저자의 말

1장_ 새로운 언어, 화학식! 새로운 문장, 화학 반응식!
물질의 세계를 다루는 새로운 언어, 화학식
우리가 사용하는 원소 기호는 어떻게 탄생했을까?
물의 화학 반응식을 꾸며보자!
Chemical lab: 물의 전기 분해 실험 | 실험 결과: 화학 반응식은 통역사?!
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 존 돌턴 | 옌스 야코브 베르셀리우스
- 연금술은 화학일까?

2장_ 세상에서 가장 작은 입자, 원자
아침부터 저녁까지 함께하는 화학
과학자들이여, 원자의 존재를 증명하라!
원자를 구성하는 입자와 성질
Chemical lab: 톰슨의 전자 발견 실험 | 실험 결과: 원자의 구조와 원자핵
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 조제프 프루스트 | 앙투안 라부아지에 | 조지프 존 톰슨 | 제임스 채드윅

3장_ 미시 세계인 물질의 양, 몰!
새로운 화학의 세계
작아도 너무 작은 원자의 질량, 어떻게 측정하지?
화학자들의 원자량 실험
1몰은 얼마나 큰 수일까?
Chemical lab: 물질의 아보가드로수 | 실험 결과: 기체 1몰의 양도 구해보자!
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 아메데오 아보가드로 | 게이 뤼삭

4장_ 화학의 달력, 주기율표!
화학의 달력이자 화학 여행의 지도, 주기율표
Chemical lab: 1족, 알칼리 금속 실험 | 실험 결과: 1족, 알칼리 금속! 우리는 같은 식구
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 알프레드 베르너 | 드미트리 멘델레예프 | 헨리 모즐리 | 앙리 무아상

5장_ 원소들은 각각 어떻게 결합 하나요?
인생사와 닮은 화학 결합
설탕과 소금에 숨겨진 화학 결합의 원리
공유 결합 vs. 이온 결합, 그리고 금속 결합
Chemical lab: 이온 결정과 금속 결정 실험 | 실험 결과: 이온 결정과 금속 결정의 특성
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 길버트 뉴턴 루이스 | 어빙 랭뮤어

6장_ 물질도 친구가 있나요?
물과 우유 중 매운 음식과 찰떡궁합인 것은?
욕심쟁이 원소와 전기 음성도
Chemical lab: 극성 분자와 무극성 분자 실험 | 실험 결과: 극성 분자는 극성 분자를, 무극성 분자는 무극성 분자를 좋아해!
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 라이너스 폴링 | 어니스트 러더퍼드
- 주기율표의 비밀1_수소와 헬륨의 위치는 어디?

7장_ 눈에 보이지 않는 기체에도 성질이 있나요?
눈에 보이지 않는 기체의 압력
Chemical lab: 보일 법칙 실험 | 실험 결과: 일상 속에 숨은 보일 법칙의 신비
기체의 온도와 부피의 관계
Chemical lab: 샤를 법칙 실험 | 실험 결과: 오! 놀라운 샤를 법칙
풍선으로 알아보는 기체의 또 다른 특징
이상 기체 방정식의 탄생
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 로버트 보일 | 자크 알렉상드로 세사르 샤를

8장_ 생명체에 꼭 필요한 물, 어떤 특성이 있나요
수소 결합의 힘을 보여주지!
내겐 너무 가벼운 얼음
표면장력으로 헤쳐모여!
Chemical lab: 물의 표면장력 실험 | 실험 결과: 수소 결합과 표면장력의 마술쇼
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- S. 카니차로 | 장 빕티스트 페렝

9장_ 금속이 금속과 반응할 수 있을까?
미션! 음수저의 녹을 제거하라
금속의 산화·환원 반응
Chemical lab: 금속의 반응성 실험 | 실험 결과: 금속의 반응성이 금속의 사용 시기에 미친 영향
Chemical lab: 철의 부식 실험 | 실험 결과: 철의 부식을 막는 방법
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 험프리 데이비 | 찰스마틴 홀

10장_ 물질의 세 가지 상태와 상태 변화
상태 변화의 모든 것, 상평형 그림
Chemical lab: 온도와 압력에 따른 물질의 상태 변화 실험 196 | 실험 결과: 높은 산에서 지은 밥이 설 익는 이유는?
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 조지프 프리스틀리 | 데모크리토스

11장_ 화학 반응이 일어날 때 열에너지가 변화할까?
손난로와 냉각 팩에 숨겨진 화학 반응!
화학 반응에서 나타나는 열의 출입을 측정할 수 있을까?
Chemical lab: 과자의 연소열 실험 | 실험 결과: A양이 즐겨 먹던 과자의 칼로리는 얼마일까?
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 알버트 아인슈타인 | 에반젤리스타 토리첼리

12장_ 신맛과 쓴맛의 만남, 어떤 변화가 있을까?
회에 레몬을 뿌리는 이유? 산과 염기의 특성
산과 염기의 1:1 미팅
Chemical lab: 묽은 염산과 수산화 나트륨 수용액의 중화 반응 226 | 실험 결과: 염기+산 합체!
중화 반응의 원리
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 주기율표의 비밀2_중국의 주기율표

13장_ 화학으로 전기 에너지를 만들 수 있을까?
화학 전지의 등장!
18세기 말의 과학 작품! 볼타 전지
볼타 전지의 한계를 개선한 다니엘 전지
Chemical lab: 볼타 전지와 다니엘 전지 | 실험 결과: 건전지, 휴대폰 배터리에 사용되는 전지의 원리
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 알레산드로 볼타 | 존 다니엘 | 탈레스 | 루이지 갈바니

14장_ 전기 에너지로 화학 물질을 얻을 수 있을까?
금도끼와 은도끼, 그 후
전기 분해란 무엇일까?
Chemical lab: 전해질 수용액의 전기 분해 | 실험 결과: 두 나무꾼이 쇠도끼를 도금한 원리
Chemical Story 화학의 세계를 빛낸 과학자들
- 영광의 그 이름, 노벨 화학상

사람이 살아가는 데 꼭 필요한 ‘물’. 영어로는 ‘water(워터)’, 일본어로는 ‘みず(미즈)’, 독일어로는 ‘Wasser(바써)’, 중국어로는 ‘水(shui, 쒀이)’로 나라마다 물을 표현하는 언어가 서로 다른데요. 그렇다면 전 세계를 통틀어 물을 뜻하는 언어의 종류는 몇 가지나 될까요? 지구상에 수천, 수만 가지의 언어가 존재하는 만큼 물을 뜻하는 언어도 굉장히 많을 텐데요. 자, 그럼 물을 화학식으로 표현해보겠습니다. 물을 표현하는 화학식은 유일무이(唯一無二)의 한 단어, ‘H2O’뿐이랍니다. 그렇기 때문에 앞서 말한 것과 같이 화학식을 통해 전 지구인이 하나의 언어로 사물에 대해 말하고, 공감할 수 있는 것이죠. 이래도 화학식이 난감 그 자체인가요? 화학식을 ‘물질의 세계를 다루는 새로운 언어’라고 생각해보세요. 그 언어를 습득하는 과정을 화학이라고 여긴다면 한결 가벼운 마음으로 화학의 문을 열 수 있을 것입니다.
_14쪽

1869년, 러시아의 멘델레예프(Dmitri lvanovich Mendeleev, 1834~1907)는 상트페테르부르크 대학에서 교수 생활을 하며 화학 교과서 『화학의 원리』를 집필했습니다. 그는 교과서를 쓰는 동안 화학 원소들 간의 관계를 연구하고자 노력했는데요. 당시 알려져 있던 63개의 원소를 각각 한 장의 카드로 만들고, 원자가(原子價)14 등 그 원자에 대해 필요한 정보를 함께 적어두었습니다. 그는 카드를 원소의 성질에 따라 나열해보기도 했답니다. 그러던 어느 날, 낮잠을 자던 멘델레예프는 문득 “원자량 순서대로 카드를 나열하면 논리적이지 않을까?” 하는 아이디어를 떠올렸습니다 원자량은 ‘원자의 부피’와 원자 속에 있는 ‘양성자’, 그리고 ‘전자의 수’와 관계가 있기 때문이었죠. 멘델레예프는 원자량 순서대로 카드를 나열하면서 인상적인 점을 발견하게 됩니다. 그는 원자를 원자량 순서대로 왼쪽 위에서부터 아래로 늘어놓으며 성질이 비슷한 원소를 바로 옆줄에 오도록 배열했는데요. 무리하게 꿰어 맞추지 않고, 유사한 성질을 나타내는 원소가 없는 경우에는 그 자리를 쿨 하게 빈칸으로 내버려두었습니다.
_64쪽

이번에는 보일 법칙을 이용하여 ‘왕 초코파이’를 만들어보도록 하겠습니다. 부엌에서 사용하는 진공 용기에 초코파이를 넣고 펌프를 이용해 용기 내 압력을 낮추는 실험입니다.
초코파이 가운데 있는 마시멜로우 속에는 많은 공기 입자들이 존재하는데요(A). 진공 펌프를 이용해 용기 속 압력을 감소시키면 마시멜로우 속 공기의 부피가 증가하겠죠?(B) 따라서 마시멜로우가 커다랗게 부풀어 오르면서 초코파이는 예전 모습을 잃고 왕 초코파이가 됩니다(C). 이때 진공 장치의 압력을 조절하여 다시 공기를 주입하면 초코파이에 가해지는 압력이 증가하여 마시멜로우의 부피가 감소하면서 파이 속으로 그 자취를 감추게 됩니다(D)
_129쪽

물의 이러한 특성은 우리 주변에서 다양하게 활용되고 있습니다. 먼저 가정에서 사용하는 보일러가 있는데요. 보일러는 물을 데워 뜨거운 상태로 방바닥 밑에 깔려 있는 파이프 속으로 흘려보내 난방을 합니다. 이때 물은 비열이 커서 온도 변화가 쉽게 일어나지 않기 때문에 많은 열량을 보일러에서 공급 받아 방바닥으로 전달해줄 수 있답니다. 난방용 외에 냉방용으로 대형 냉장고나 에어컨을 식히는 데 물이 사용되는 이유도 이와 같은 원리지요. 한편, 사우나 탕 안의 온도계가 50℃가 넘어도 그 안에 들어간 사람이 화상을 입지 않는 이유는 무엇일까요? 다양한 이유가 있겠지만 우리 몸의 70% 이상이 물로 이루어져 있는 덕분에 가능한 일이랍니다. 땀을 흘려 증발시킴으로써 몸의 온도를 정상적으로 유지할 수 있는 것이죠. 물의 비열이 크기 때문에 나타나는 현상은 생명체뿐만 아니라 지구 전체의 온도를 일정하게 유지시켜주는 역할도 합니다. 비열이 크다는 것은 그만큼 온도 변화가 쉽게 일어나지 않는 것을 의미하니까요.
_152쪽