[eBook]화학의 미스터리 : 엔트로피, 주기율표와 분자운동, 분자 관람 그리고 나노, 단백질 구조예측까지 미래를 위한 화학 특강 10

저 : 김성근, 이영민, 김경택, 정택동, 윤완수, 김유수, 이동환, 이광렬, 석차옥, 박태현재단법인 카오스 기획출판사 : 반니발행일 : 2020년 10월28일 | 종이책 발행일 : 2019년 09월30일

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세상의 미스터리를 풀어
미래로 가는 답을 구하다!

미시세계의 비밀을 파헤쳐 미래를 여는 과학 탐구서!

“CheMystery”
‘화학’할 때 화자가 무슨 뜻인지 아시나요?
꽃 화花, 불 화火? 바로 변화 화化입니다.
영어 Chemistry의 어간인 chemi-도 역시 변화라는 뜻입니다.
화학은 변화되는 과정을 다루는 변화의 학문입니다.
나트륨과 염소가 만나 전혀 다른 소금으로 변화하고,
수소와 산소가 만나 전혀 다른 물로 변화합니다.
수많은 분자를 합성시키면 고무가 되기도,
플라스틱이 되기도, 비료가 되기도 합니다.
이러한 변화 과정에서 미스터리가 생기기도 합니다.

우리는 무기물이 어찌하여 유기물이 되어서
우리 같은 생명체가 되었는지 아직 정확히 알지 못합니다.
우리는 세상의 수많은 미스터리를 푸는 데
화학이 기여할 수 있으리라 믿습니다.
화학은 변화의 학문, 가능성의 학문이니까요.
카오스강연 ‘화학의 미스터리, CheMystery’가
이러한 가능성을 보여줄 것입니다.

출판사서평 TOP

▼ 화학은 물질을 다루는 학문이다!
화학은 변화되는 과정을 다루는, 변화의 학문이다. 이러한 변화 과정에서 미스터리가 생기기도 한다. 우리는 무기물이 어찌하여 유기물이 되어서 우리 같은 생명체가 되었는지 아직 정확히 알지 못한다. 우리는 10억 분의 1m인 나노 단위까지는 볼 수 있지만 더 작은 세계의 비밀을 아직 모른다. 주기율표상의 빈 공간을 채울 또 다른 원소가 있는지도 알지 못하고, 우주의 95%를 차지하는 암흑물질과 암흑에너지를 알지도 못한다. 그러나 우리는 이런 세상의 수많은 미스터리를 푸는 데 화학이 기여할 수 있으리라는 것은 믿고 있다. 화학은 변화의 학문, 가능성의 학문이기 때문이다.

▼ 화학이라는 학문의 중요성과 현주소를 알 수 있는 계기
화학은 원래 과학을 부르는 다른 이름이었다. 17세기 과학혁명이 태동하던 시절에는 화학자들이 압도적으로 많았고, 과학자들은 동시에 화학자이기도 했다. 연금술에 몰두하기도 했던 뉴턴의 이야기는 유명하며, 라부아지에와 돌턴, 아보가드로 등의 화학자는 익히 명성을 떨친 과학자다.
한때 우리나라에서도 화학과와 화학공학과가 이과계열 최고 인기였던 적이 있었다. 미래는 화학에 달려 있다고 믿던 시절이었다. 하지만 요즘 학생들은 인공 지능이나 코딩 등에 관심을 두기에 화학은 자칫 ‘전망 없는’ 학문으로 여겨질 수도 있다. 화학에서 인공지능이나 뇌과학, 유전자가위나 코딩 따위를 떠올리기는 쉽지 않기 때문이다.

▼ 미래를 여는 놀라운 미래 학문, 화학
하지만 화학은 수많은 미래 학문과 연결되어 있다. 미래에너지, 수소·전기자동차, 양자역학(물리화학), 빅데이터(계산화학), 미래의약품, 인공근육, 첨단소재, 나노, 반도체 등이 모두 화학이 다루는 분야들인 것이다. 그리고 우리 뇌의 비밀과 인체의 비밀을 제대로 알려면 분자 단위를 다루는 화학이 절대적으로 필요하다.
화학 단어는 일상에서 아주 쉽게 쓰이기도 한다. 자주 사용하는 ‘저 사람과 내가 케미가 있다’라는 말은 서로 다른 존재가 만나 화학적 반응을 한다는 의미의 케미는, 당연히 케미스트리(화학)에서 나온 말입니다. 화학은 우리 생활과 뚝 떨어져서 과학자들에게 학문으로서만 존재하는 것이 아니다. 어떤 학문보다 우리 생활과 밀접한 관계가 있으며, 더 나은 미래를 위해 꼭 필요한 분야라는 걸 이 강연집으로 통해 알게 되길 희망한다.

카오스재단은 ‘과학, 지식, 나눔’을 모토로 대중이 과학을 좀 더 쉽게 이해하고 즐기게끔 노력하는 단체다. 매년 상반기와 하반기로 나누어 선정된 과학 주제로 10회에 걸쳐 강연한다. 2015년 상반기 주제 ‘기원’을 시작으로, ‘빛’, ‘뇌’, ‘지구’, ‘물질에서 생명으로’, ‘미래과학’, ‘수학’이 어떤 것인지에 대해 강연을 진행했다.
‘렉처 사이언스 KAOS’ 여덟 번째 책은 [화학의 미스터리]다. 엔트로피, 주기율표와 분자운동, 분자 관람 그리고 나노, 단백질 구조예측까지 미래를 위한 화학 특강이다. 미래에너지, 수소·전기자동차, 양자역학(물리화학), 빅데이터(계산화학), 미래의약품, 인공근육, 첨단소재, 나노, 반도체 등 우리 미래를 판가름할 다양한 것들에 화학이 깊이 연관되어 있음을 알게 되는 계기가 될 수 있을 것이다. 이번 카오스강연 ‘화학의 미스터리, CheMystery’ 10개 강연을 모은 이 강연집은 화학이라는 학문의 중요성과 현주소를 알기에 좋은 책이 될 것이다.

1강 ‘에너지와 엔트로피: 세상은 무엇으로 굴러갈까?’에서는 김성근 교수가 모든 것에서 에너지 변화와 엔트로피 변화가 있다는 것을 설명한다. 즉 식물이 묘목에서 출발해서 큰 나무가 되었다가 쇠잔하게 되 ...

목차 TOP

머리말

LECTURE 01 에너지와 엔트로피: 세상은 무엇으로 굴러갈까? - 김성근
화학, 변화의 과학 / 화학결합 에너지 / 열역학 법칙들 /
엔트로피의 수학 / 통계적 의미 / 확률과 통계의 화학 / 다시 미스터리로 /
패널 토의
질의응답

LECTURE 02 세상을 만드는 원자는 동그랄까, 길쭉할까, 우글쭈글할까? - 이영민
원자, 분자, 화학결합… / 파동함수를 이해할 수 있는 지식들 /
흔히 하는 몇 가지 착각들 /
패널 토의
질의응답

LECTURE 03 변화와 다양성: 주기율표의 탄생과 화학의 역사 - 김경택
원소의 주기율표 / 화학 ...

본문중에서 TOP

화학적인 변화를 일으키는 것은 에너지입니다. 에너지는 모든 변화의 동인(動因)입니다. 이는 꼭 화학적인 변화만이 아니라 물리 적인 변화도 마찬가지입니다. 또 생명에서의 변화도 마찬가지입니다.
(/ p.21)

화학은 기본적으로 변화를 추구하는 학문입니다. 그래서 화학에서는 반응을 이해하는 것을 상당히 중요하게 여깁니다. 물론 원자핵이 재배치되는 것도 반응이지만 에너지가 재배치되는 것도 넓게 보면 반응일 수 있습니다. 화학은 이처럼 변화, 화학결합이 재구성 되는 것들을 추구하는 것으로 볼 수 있습니다.
(/ p.77)

멘델레예프가 발견한 주기성은 후대 화학자들이 원자의 구조를 이해하는 단초가 됩니다. 원자가 도대체 어떤 구조를 가졌기 때문에 그런 주기성이 나오는지를 이해하기 위해 여러 가지 시도를 하게 됩니다.
(/ p.116)

전자가 어디 있었느냐, 어느 원소에 속해 있었느냐 하는 것이 화학 변환을 일으켰다고 볼 수 있습니다. 이런 변환이 전자의 움직임에 의한 것이었다는 걸 알게 된 것은 그렇게 오래된 게 아닙니다.
(/ p.133)

화학반응을 이해하는 데는 반응의 속도에 대해 이해하는 것이 필수적입니다. 원자폭탄과 원자력 발전소의 ...

저자소개 TOP

김성근 [저]

서울대학교 화학과 (이학사) 를 졸업하고, 미국 하버드대학교에서 물리학으로 이학석사와 화학물리학으로 이학박사를 받았다. 서울대학교 자연과학대학장을 지냈으며, 현재 서울대학교 화학부 교수로 재직 중이다. 영국왕립화학회 펠로우, 국제 학술지 PCCP 편집장 및 편집 이사회 의장, 삼성미래기술육성재단 이사장 및 KAOS 과학위원장으로 활동하고 있다.

이영민 [저]

서울대학교 화학과(이학사)를 졸업하고 동 대학원 동 학과에서 석사 학위를, 미국 스탠포드대학교 화학과(이학박사)에서 박사학위를 받았다. 포항공과대학교 화학과에서 조교수와 부교수를 역임했다. 현재 한국과학기술원(KAIST) 화학과 교수로 역임 중이다.
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김경택 [저]

토론토 대학교 화학과에서 이학박사를 받았다. 네덜란드 나이메겐 대학교에서 박사후 연구원을 지냈으며, 서울대학교 화학부 교수로 역임 중이다.
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정택동 [저]

서울대학교 화학과를 졸업하고 동 대학원 동 학과에서 이학 석사 및 이학박사를 받았다. 미국 캘리포니아공과대학교 화학과 포닥과 미국 오크리지 국립연구소 연구원을 지냈다. 현재 서울대학교 화학부 교수로 역임 중이며, 차세대융합기술 연구원 원장이다.
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윤완수 [저]

서울대학교 화학교육과를 졸업하고 동 대학원 화학과에서 석사 및 박사를 받았다. 미국 하버드대학교 화학과 박사후 연구원을 지냈으며, 현재 성균관대학교 화학과 교수로 역임 중이다. 한국표준과학연구원 나노양자연구단장이었으며, 나노바이오융합기술연구소장이다.
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김유수 [저]

서울대학교 자연과학대학 화학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사를 받았고, 동경대학교 응용화학과에서 공학박사를 받았다. 이화학연구소(RIKEN) 표면화학연구실 전임연구원을 지냈으며, 일본이화학연구소(RIKEN) 종신 주임연구원이다. 큐우슈우대학교 응용화학부 연계교수, 한국광주과학기술원(GIST) 화학과 객원교수이다.
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이동환 [저]

서울대학교 화학과를 졸업하고, 매사추세츠 공과대학(MIT)에서 이학박사를 받았다. 미국 인디애나대학교 블루밍턴(Indiana University Bloomington)에서 교수를 지냈으며, 현재 서울대학교 화학부 교수로 재직 중이다.
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이광렬 [저]

KAIST 화학과를 졸업하고 일리노이대학교 어바나-샴페인 캠퍼스(University of Illinois at Urbana- Champaign)에서 화학과, 무기화학 박사를 받았다. KAIST에서 박사후 연구원을 지냈으며, 현재 고려대학교 화학과 교수로 역임 중이다.
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석차옥 [저]

서울대학교 자연과학대학 화학부 교수.
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박태현 [저]

서울대학교 화학공학과를 졸업했고, 카이스트에서 화학공학 석사학위를, 미국 퍼듀 대학교에서 화학공학 박사학위를 받았다. 미국 캘리포니아 대학교(어바인)에서 박사후연구원을 지냈고, LG 바이오텍 연구소 선임연구원, 성균관대학교 유전공학과 교수, 미국 코넬 대학교 객원교수, 서울대학교 바이오공학연구소 소장 및 생명공학공동연구원 원장을 역임했다. 현재 서울대학교 화학생물공학부 교수 및 차세대융합기술연구원 원장으로 재직 중이며, 생물공학 분야의 대표적인 국제 학술지인 [엔자임 앤드 마이크로비얼 테크놀로지Enzyme and Microbial Technology]와 [바이오테크놀로지 저널Biotechnology Journal]의 에...

재단법인 카오스 기획 [기타]

우리는 과학이 세상에 도움을 줄 수 있고, 과학적 사고가 세상을 바꿀 수 있다고 믿습니다. 그렇기 때문에 더 많은 사람들과 기초과학에 관한 다양하고 깊이 있는 지식을 대중 강연, 콘서트, 출판 등을 통해 보다 쉽고 재미있게 나누고자 합니다.
카오스재단의 강연은 누구에게나 열려 있으며, 지난 강연은 재단 홈페이지와 네이버 TV캐스트를 통해 다시 볼 수 있습니다.
http://www.ikaos.org/
http://tvcast.naver.com/kaos

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