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화학식으로 보이지 않는 세상을 풀다!
일상 속 궁금증을 화학식으로 밝혀 줄 기발하고 흥미진진한 과학책

사람들에게 화학은 일상과 거리가 멀고 어려운 학문으로 여겨진다. 원소들의 다양한 결합 방식으로 구성된 화학식과 화학 반응식은 어떤가. 중고등학교 때 배웠지만 복잡하고 난해하다는 이유로 일상에서 잊어버리기 일쑤다. 그러나 화학 사고, 화학 노벨상, 의약품 개발 등 우리가 사는 세상에는 화학과 관련된 이야기가 넘쳐나고 화학을 활용한 제품들이 셀 수 없이 많이 개발될 정도로 화학은 우리 삶에 보이지 않게 침투되어 있다. 그런데도 왜 대다수가 화학에 흥미를 느끼지 못하는 것일까?
《주변의 모든 것을 화학식으로 써 봤다》의 저자는 눈에 보이지 않는 분자들이 질서 정연하게 세상을 구성하고 있다는 데 매료되어 화학의 세계를 본격적으로 탐구하기 시작했다. 이 책은 주변에 있는 사물들을 화학식의 렌즈로 재해석하여 화학 세계의 경이로움을 전달한 책이다.
침실이나 부엌, 화장실 등 우리가 사는 일상 공간에는 음식, 옷, 비누, 전자기기 등 친근한 사물들이 있다. 이 책은 우리 주변의 사물들을 화학식으로 풀어내면서 그 화학적 원리를 꼼꼼히 해석한다. 탄소 C 군, 산소 O 양, 그리고 수소 H 연구원과 같은 친근한 캐릭터와 일러스트를 두어 내용의 핵심을 쉽고 간결하게 짚어주기도 한다. 화학 과목을 배우는 중고등학생에서 졸업 후 화학을 어렵고 추상적이라고 생각하는 이들 모두에게 일상 속 풍부한 예시에 대한 해석은 화학의 새로운 면모를 일러주고 생활과 학문의 격차를 메워 앎의 즐거움을 줄 것이다.
광운대학교 화학과에서 학생들을 가르치면서 화학의 대중화를 위해 유튜브 채널 ‘화학하악’을 운영하고 계신 장홍제 교수의 감수를 받아 더 세심하고 깊이 있는 논의를 이끌어냈다.

일상과 과학을 잇는 놀라운 화학식의 세계
화학식으로 나타내면
세상에 대한 의문이 명쾌하게 해결된다!

이 책은 총 6장으로 구성되어 있다.
1장은 화학식을 살피기 전 알아야 할 화학 세계의 핵심 개념인 원자와 분자, 화학식과 화학 반응식이 무엇인지에 대해 차근히 살핀다. 2장에서는 우리와 가장 가까이 있는 공기 속 분자들을 살핀다. 산소를 들어 마시고 이산화 탄소를 내뱉는 동물의 호흡, 이산화 탄소로부터 글루코스라는 분자를 만들어내는 식물의 광합성이 어떻게 에너지를 만드는지 화학식 분석을 통해 보여준다.
3장에서 6장까지는 부엌, 세면실과 화장실, 거실과 침실 등 우리가 사는 일상 공간에 있는 음식, 비누, 옷, 치약, 전자기기 등 익숙한 사물들을 하나하나 화학식으로 살펴보며 일상에서 보이지 않던 과학적 원리를 표면으로 들어올린다.
부엌에 있는 탄산음료의 뚜껑을 열어 두면 왜 밍밍한 설탕물이 될까? 우리의 치아에 충치는 어떻게 생길까? 술(C₂H？O)을 마시면 숙취에 시달리는 이유는? 소금(NaCl)은 왜 물속에 넣기만 해도 쉽게 분해되어 버릴까? 찹쌀과 멥쌀은 왜 식감 차이가 날까? 왜 기름은 액체이고, 지방은 고체일까? 유지를 공기 속에 방치하면 불쾌한 냄새와 맛이 날까? 마늘 냄새의 정체는 무엇이고 양파를 다지면 왜 눈물이 날까?

이 책은 일상 속에서 한번쯤은 가졌을 의문들에서 시작해 궁극적으로 분자의 세계가 어떻게 우리의 일상을 구성하는지, 그리고 그 분자들이 어떠한 역할을 수행하는지 논리 정연하게 풀어낸다.


화학의 견고한 기초를 다지다!
좀 더 빨리 읽었더라면
더없이 좋았을 반가운 화학책

우리는 산소를 들이마시고 이산화 탄소를 내뱉으며 눈에 보이지 않는 분자로 구성된 세상에 살고 있다는 사실을 잊고 살아간다. 이 책은 이러한 자명한 사실을 환기시켜 눈에 보이지 않는 화학의 원리들을 상상하고 흥미롭게 그릴 수 있게 한다.
왜 사물들의 화학식을 살피는 것일까? 화학의 세계에서는 복잡한 분자의 구조를 반영해서 화학식으로 나타내는 편이 화학에 대한 이해를 더 편리하고 쉽게 할 때가 많기 때문이다. 화학식은 삶의 여러 분야에서 중요한 역할을 하며, 우리의 삶을 다양한 방식으로 개선하고 풍요롭게 하고 있다. 음식 조리 과정 중 일어나는 화학 반응을 이해해 더 맛있고 건강한 음식을 만드는 데 활용할 수 있고, 비누를 이용한 세정 원리를 이해해 실생활에서 생긴 궁금증을 통쾌하게 풀어내기도 한다.
나아가 화학식은 과학 기술 발전과 삶의 질 향상에 기여하는 필수적인 도구다. 산업 생산 과정에서 물질의 양과 생성물의 양을 계산해 새로운 물질을 개발할 때나, 질병 치료에 효과적인 의약품, 환경 오염 물질을 분해ㆍ제거하는 기술 및 친환경 에너지를 개발할 때 화학식이 없으면 성과를 이뤄낼 수가 없다.
이 책은 복잡한 화학 분자식을 쉽고 흥미롭게 풀이하는 법을 알려 주면서 화학에 대한 두려움을 해소해준다, 복잡한 화학 분자식으로 이루어져 어려운 것 같지만 일상적인 관심과 의문을 집요하게 파고들면 위대한 과학적 업적이 탄생하기도 한다. 화학에 호기심을 가지고 있는 이공계 사람들이나 미래의 노벨상을 꿈꾸는 영재들에게 이 책만큼 기발하고 독보적인 책은 없을 것이다.

머리말
감수의 글

Chapter 1 화학식과 화학 반응식이란 무엇일까?
Chapter 2 공기의 화학식을 살펴보자
1 공기는 어떤 분자로 구성되어 있을까?
2 동물과 식물은 호흡과 과학성으로 협력한다
3 ★ 조금 더 자세히! ★ 호흡과 광합성

Chapter 3 부엌의 화학식을 살펴보자
1 뚜껑 연 탄산음료가 밍밍한 설탕물이 되는 이유
2 드라이아이스는 CO₂ 덩어리 027
3 술(C₂H？O)을 마시면 숙취에 시달리는 이유
4 ★ 조금 더 자세히! ★ 효소가 뭐야?
5 소금(NaCl)은 왜 물속에서 쉽게 분해될까?
6 단맛을 내는 설탕(C₁₂H₂₂O₁₁)의 멋진 분자, 수크로스
7 ★ 조금 더 자세히! ★ 설탕이 물에 잘 녹는 이유
8 ★ 조금 더 자세히! ★ 소금 맛은 어떻게 느끼는 것일까?
9 찹쌀과 멥쌀은 화학식이 동일한데 왜 식감이 다를까?
10 ★ 조금 더 자세히! ★ 고리 형태의 분자 사이클로덱스트린
11 왜 기름은 액체이고, 지방은 고체일까?
12 방치된 유지에서 불쾌한 냄새가 나는 이유
13 오이와 토마토에서 나는 냄새의 정체는?
14 마늘 냄새의 정체와 양파가 눈물 나게 하는 이유
15 채소의 향은 효소와의 반응 결과다
16 ★ 조금 더 자세히! ★ 고추냉이는 갈자마자 먹어야 맛있다

Chapter 4 욕실·화장실의 화학식을 살펴보자
1 치아의 주성분은 Ca₁？(PO₄)？(OH)₂
2 치아에 충치는 어떻게 생기는 것일까?
3 ★ 조금 더 자세히! ★ 충치를 잘 유발하지 않는 단 음식
4 비누 분자는 기름때를 어떻게 떼어 낼까?
5 비누를 이용한 세정의 원리
6 머리카락과 단백질
7 파마의 화학
8 눌린 머리카락과 수소의 결합
9 오줌의 성분은 NaCl, CH₄N₂O
10 ★ 조금 더 자세히! ★ 일회용 기저귀의 흡수력 C₃H₃O₂Na
11 똥은 소화의 과정이다
12 똥을 구성하는 식이 섬유와 장내 세균
Chapter 5 거실·침실의 화학식을 살펴보자
1 액정 디스플레이는 어떤 분자가 사용될까?
2 LCD 텔레비전의 원리
3 폴리에스테르는 어떤 화학 반응으로 만들어질까?
4 식물에서 유래한 면 섬유, (C？H₁？O？)n
5 전지의 충전과 방전
6 리튬 전지와 리튬 이온 전지 Li, Li+

Chapter 6 그 외의 화학식을 살펴보자
1 휘발유는 어떻게 에너지로 변환될까?
2 ★ 조금 더 자세히! ★ 석유에서 만들 수 있는 것
3 타이어의 재료인 고무의 화학식은 (C？H？)n
4 식물이 휘발유를 대신한다면?
5 ★ 조금 더 자세히! ★ 식물에서 유래한 에너지

맺음말
참고문헌

화학은 마치 하나의 언어와 비슷합니다. 그리고 언어를 잘 이해하고 다루기 위해서는 그 언어의 약속인 문법을 이해하고 따라야 합니다. 화학도 같은 방식으로 접근하면 간단합니다. 왜 소금은 Na와 Cl이 하나씩 결합한 NaCl로만 쓰이는지, 산(H+)과 염기(OH-)가 만나면 어째서 중화반응을 통해 물(H2O)이 남게 되는지. 모든 것을 알고 나면 당연한 화학 문법들로 이루어져 있습니다.
《주변의 모든 것을 화학식으로 써 봤다》는 주변에서 자주 들리는 친숙 한 화학 이야기부터 조금은 복잡해서 쉽게 들리지 않는 내용까지 모두 화학식으로 풀어냅니다. 중간중간 화학식의 문법들을 소개하기도 하고 식으로 나타내는 편리함을 선보입니다. 화학이 낯선 사람들에게 두통을 안겨 주던 알파벳과 숫자, 기호, 화살표가 뒤섞인 화학식은 사실 물질의 가장 간단한 문장입니다. 이 책은 기억에 묻혀 있는 화학식을 다시금 떠 올릴 기회를 줄 것입니다.
〈감수의 글〉 중에서

최근 연구에서 미각을 전달하는 세포에는 몇 가지 종류가 있음을 알게 되었다. 설탕은 II형 세포라고 불리는 세포에, 소금은 III형 세포라고 불리는 세포에 작용한다는 사실이 밝혀졌다. I형 세포도 존재하지만, 맛을 뇌에 전달하는 기능은 현시점에서 발견되지 않았다고 한다.
아래 그림에서 보듯이 설탕은 수크로스가 II형 세포에 달라붙을 때, 소금은 나트륨 이온(Na+)이 III형 세포에 들어갈 때 그것이 신호가 되어서 전기 신호나 화학 물질을 통해 미각을 관장하는 신경(미각 신경)에 그 정보가 전해진다. 그 정보가 뇌에 전달되어서 ‘짜다’ 혹은 ‘달다’라는 미각을 느끼는 것이다.
〈소금 맛은 어떻게 느끼는 것일까? ★ 조금 더 자세히! ★〉 중에서

드라이아이스는 고체인데, 사실 이것은 CO2 덩어리다. CO2는 물론 실온에서는 기체 상태이지만, 차갑게 하면 고체가 된다. 물을 얼리면 얼음이 되는 것과 같다. 다만 물의 경우는 섭씨 0도에서 고체가 되는 데 비해 CO2의 경우는 섭씨 약 마이너스 78도에서 고체가 된다. 이 정도로 온도가 낮은 것을 함께 넣어 두니까 아이스크림이나 냉동식품이 계속 차가운 상태를 유지하는 것이다.
그러나 실온에 놓아두면 드라이아이스는 시간이 지나면서 기체 상태의 CO2로 돌아간다. 얼음의 경우는 녹으면 액체(물)가 되지만 CO2의 경우는 기체가 되어 버리는 것이다. 이것을 ‘승화’라고 부른다.
그리고 결국 드라이아이스는 사라져 버린다.
〈드라이아이스는 CO2 덩어리〉 중에서

몸속에 생긴 아세트산은 다시 분해되어서 몸 밖으로 배출된다. 이처럼 우리 몸은 에탄올을 변환시켜 몸 밖으로 배출하는 화학 반응을 일으킨다. 그러나 효소의 작용을 초과하는 양의 술을 마셔 버리면 에탄올이나 아세트알데하이드가 몸속에 남는다. 아세트알데하이드는 두통이나 구역질을 유발하기 때문에 이른바 숙취의 원인이 된다.
〈술(C2H6O)을 마시면 숙취에 시달리는 이유〉 중에서

효소를 구성하는 원자는 주로 C와 H, O, N, 그리고 S(S는 황의 원소 기호다)로, 지금까지 등장한 분자와 별로 다르지 않다. 그러나 지금까지 등장했던 분자와 비교하면 크기가 매우 크다. 가령 알코올 탈수소 효소 나 알데하이드 탈수소 효소의 질량은 에탄올이나 아세트알데하이드의 1,000배가 넘는다! 이를 보면 매우 큰 분자임을 상상할 수 있을 것이다
예로 든 ADH와 ALDH의 경우처럼, 효소에는 여러 종류가 있으며 각각 역할이 다르다. 우리 몸속에도 다양한 종류의 효소가 있다(이 책에도 다수가 등장한다). 또한 같은 종류의 효소라도 효소를 구성하는 원자의 일부가 사람에 따라 미묘하게 다르며, 작용의 정도도 달라진다. 그래서 ADH와 ALDH의 작용도 사람마다 다르기 때문에 술이 센 사람과 약한 사람이 있는 것이다.
〈효소가 뭐야? ★ 조금 더 자세히! ★〉 중에서

왜 소금에 절이면 식품이 상하지 않고 오래 보존될까? 애초에 식품이 상하는 원인은 식품 속에 들어 있는 미생물이 대량으로 늘어나기 때문 이다. 그리고 미생물이 번식하려면, 또 살아가려면 우리와 마찬가지로 물이 필요하다. 장마철 등 습기가 많은 시기에 식품이 잘 상하는 것은 이 때문이다. 따라서 식품에서 수분을 제거하는 것이 장기 보존의 열쇠가 된다. 그리고 소금(NaCl=Na+와 Cl-)에는 앞에서 말했듯이 물(H2O)과 서로 끌어당기는 성질이 있다. 그래서 식품 속에 있는 물을 잘 빨아들여 미생물이 번식하는 것을 막아 주는 것이다.
〈소금(NaCl)은 왜 물속에서 쉽게 분해될까?〉 중에서

설탕의 주성분은 우리에게 단맛을 느끼게 해주는 멋진 분자인 수크로스(자당)다. 수크로스의 화학식은 C12H22O11이다.
수크로스는 글루코스(C6H12O6)와 프럭토스(C6H12O6)라는 분자가 달라 붙은 구조로 되어 있다. 글루코스는 ‘호흡과 광합성’에서 이미 등장한 바 있다. 반면 프럭토스는 처음 나왔는데, 화학식을 유심히 보면 글루 코스와 똑같은 C6H12O6이다. 화학식은 같은데 이름이 다른 것이다.
〈단맛을 내는 설탕(C12H22O11)의 멋진 분자, 수크로스〉 중에서

탈취방향제는 거슬리는 냄새를 없애고[탈취] 좋은 향기를 퍼트리는데 [방향], 우리는 어떻게 그런 냄새나 향기를 느끼는 것일까?
사실은 우리가 거슬리는 냄새나 좋은 향기를 느끼는 것도 분자와 관계가 있다. 좋은 향기가 나는 분자나 거슬리는 냄새가 나는 분자는 기체 상태로 존재하며, 공기 속을 떠다니는 그런 분자들이 우리의 코를 통해서 향기나 냄새로서 전해진다. 냄새를 느끼게 하는 분자가 콧속 세포에 있는 수용체(분자가 달라붙는 장소)에 달라붙으면 화학 물질이나 전기 신호를 거쳐서 후각을 관장하는 신경에 정보가 전달된다. 이때 후각을 관장하는 세포는 후신경이라고 불린다.
우리에게 냄새를 느끼게 하는 분자는 여러 종류가 있으며, 그 분자들이 달라붙는 수용체도 여러 종류가 있다. 인간에게 있는 약 400종류에 이르는 수용체를 통해 냄새를 느끼는 것이다.
다시 탈취방향제의 이야기로 돌아가자. 미리 사이클로덱스트린에 좋은 향기가 나는 분자를 수용해 놓는다. 그리고 그 분자를 서서히 방출하는 동시에 불쾌한 냄새가 나는 분자를 수용해 나간다. 이렇게 해서 좋은 향기를 내는 동시에 불쾌한 냄새를 제거함으로써 탈취방향제의 역할을 하는 것이다.
〈고리 형태의 분자 사이클로덱스트린 ★ 조금 더 자세히! ★〉 중에서

뮤탄스균은 글루칸 속에서 안락하게 살며 젖산을 토해 내는 것이다[사실은 아세트산도 토해 낸다. 그 밖에 폼산(HCO2H)이라는 산도 토해 내지만, 젖산의 비율이 높다]. 이 과정에서 나오는 산 때문에 탈회가 집중적으로 일어남으로써 치아가 녹아서 충치가 된다. 이렇게 되기 전에 양치질을 해서 치아에 달라붙어 있는 치석(글루칸+균)을 확실히 제거해야 한다. 끈적끈적한 치석은 물 양치를 하는 정도로는 잘 떨어지지 않는다. 물리적인 힘으로 제거하는 것이 최선이며, 효과적인 방법은 역시 칫솔질이다. 치약에는 연마제(효율적으로 연마하기 위한 입자)가 들어 있어서 끈적끈적한 치석을 제거하는 데 효과가 있다.
〈치아에 충치는 어떻게 생기는 것일까?〉 중에서