101 화학

여는 글 _우주의 탄생과 물질의 근원

001 4원소설 _물질은 무엇으로 이루어졌을까?
002 연금술과 연금술사 _실패한 연금술, 화학 발전의 초석이 되다
003 원자 _현대과학의 바탕이 된 불멸의 아톰
004 원자의 크기 _우리는 원자를 볼 수 있을까?
005 아원자 입자 _원자보다 더 작은 입자가 발견되다!
006 전자 _톰슨이 발견한 전자 이야기
007 핵 _악어 선생이 찾은 원자 속 알맹이
008 전자의 전하량 _밀리컨, 전자의 물리량을 측정하다
009 원자의 구조 _더 자를 수 없는 알갱이를 나누고 나누어
010 주기율 _원소들에는 주기적인 성향이 있어요
011 동위원소 _이름은 같지만 원자량이 다른 원소들
012 토리노의 성의 _종교적 진실과 과학적 진실은 타협할 수 있을까?
013 핵분열 _파괴와 평화라는 두 얼굴을 가진 기술
014 원소명과 원소 기호 _우주를 구성하는 물질의 바탕은 무엇일까?
015 전자 구조 _에너지에 따라 결정되는 전자의 포지션
016 주기율표 _전자의 껍질구조를 보여줘!
017 분자 _화학 세상의 진짜 알맹이
018 기체 _불타는 플로지스톤과 눈에 보이지 않는 물질을 발견하다
019 라부아지에 _질량 보존의 법칙으로 근대 화학의 문을 연 과학자
020 질소와 산소 _공기 중에 있는 물질 중에서 가장 풍부한 기체
021 산소의 발견 _과학적 발견이란 무엇일까?
022 보일과 샤를의 법칙 _보이지 않는 기체를 측정하다
023 아보가드로의 법칙 _분자의 개수를 셀 수 있을까?
024 몰 _화학이 사용하는 특별한 셈법
025 화학 결합 _알맹이들도 서로 사랑하고 미워해요
026 공유 결합 _전자를 공유하는 화학 결합
027 흑연과 다이아몬드 _탄소로만 이루어진 물질들의 드라마틱한 차이
028 자유 전자와 금속 결합 _금속의 광채와 가공의 비밀
029 수소 결합 _얼음은 왜 물에 뜰까? 지구의 생명 현상을 가능하게 한 비밀
030 상 _물질의 세 가지 상태
031 녹는점과 끓는점 _고체에서 액체로, 액체에서 기체로 저마다 다른 물질의 성질
032 열과 에너지 _인류의 발전과 함께한 에너지 혁명
033 열량 _열은 어떻게 측정할까?
034 화학 에너지의 저장 _에너지는 어디에 저장될까요?
035 산과 염기 _오랫동안 우리 곁에서 함께하고 있는 물질
036 피에이치(pH) _산-염기의 세기를 숫자로 나타내요
037 혈액 _피에 담긴 과학
038 산화와 환원 _언제나 함께 일어나는 반응
039 화학전지 _개구리 뒷다리에서 시작된 볼타 전지
040 철 _대제국 건설 토대가 된 금속
041 강철과 합금 _더 사용하기에 좋은 금속을 만들기 위해서 연구해요
042 철의 부식 _녹이 생기는 것을 막을 방법은 없을까?
043 알루미늄 _우리 일상에 늘 함께하는 금속
044 물의 기원 _물은 언제 어디에서 왔을까?
045 수질오염 _편리함이 커지면 책임도 커져요
046 물의 오염도 _오염된 물과 우리의 삶
047 센물과 단물 _깊은 산 속 옹달샘 vs 우리 집 수돗물
048 정수 _우리가 마실 물은 충분한가?
049 물과 기름 _섞이는 것과 섞이지 않는 것
050 계면활성제 _비누는 어떻게 기름을 녹일까?
051 화석연료 _과거의 생물들이 인류에게 남겨준 선물
052 석유 _20세기를 주도한 에너지원
053 원유의 증류 _끓는점 차이를 이용해 액체 혼합물을 분리해요
054 합성연료 _사람들이 탄소중립에 주목하는 이유는 무엇일까?
055 대기 오염 _인간의 에너지 소비가 낳은 환경파괴
056 온실효과 _갈수록 뜨거워지는 지구
057 오존과 오존층 _우리를 보호해 주는 오존층, 이제는 우리가 지킬 차례
058 산성비 _산성비로 대머리가 되지는 않지만, 지구가 아파요
059 원자력 발전 _화석에너지의 대안이 될 수 있을까?
060 핵융합 _꿈의 에너지 핵융합 발전은 가능할까?
061 달 탐사 _우주 자원을 차지하기 위한 경쟁과 헬륨-3
062 유기 화합물 _탄소의 마술, 유기 화학의 세계
063 포화와 불포화 _알 듯 모를 듯 아리송한 용어들
064 알코올 _알코올이라고 해서 다 같은 알코올이 아니랍니다!
065 식초와 빙초산 _식탁에서 만나는 산성 유기물질
066 아미노산과 단백질 _생명 현상에 있어 무엇보다도 중요한 물질
067 단백질 _단백질 구조해석, 생명과학의 새 장을 열다
068 벤젠 _이상한 모양의 유기물질
069 녹말과 당 _간단한 단당류 길게 엮어 다당류
070 지방과 트랜스지방 _좋은 기름이 있고 나쁜 기름이 있다고요?
071 MSG _오랫동안 오해받고 있는 부뚜막 조미료
072 단맛 _벗어나기 힘든 달콤한 유혹
073 청량음료 _산뜻하고 시원한 음료에 담긴 과학
074 비타민 _생명의 아민, 남용하면 안 돼요!
075 카페인 _신비로운 영약일까 해로운 물질일까?
076 미네랄 _미량이지만 꼭 필요한 원소
077 에스터 _좋은 향이 나는 물질을 가지고 싶어!
078 가스 냄새 _부탄가스는 원래 냄새가 전혀 없다고요?
079 식품첨가물 _정체를 알 수 없는 이름, 해롭지 않을까?
080 옥수수와 유전자조작 _주식으로 또 간식으로 인류와 함께한 식품
081 질소산화물 _무섭고도 고마운 물질이랍니다!
082 아스피린 _명약 중의 명약
083 의약품 부작용 _아무리 좋다는 약도 모르면 독이에요
084 스테로이드 _만병통치약인 줄 알았지 뭐예요!
085 자외선 _생존을 위협하는 햇빛 종류가 있다고요?
086 녹말과 셀룰로오스 _사람은 왜 풀을 소화할 수 없을까?
087 천연고분자 _의복의 재료로 사용된 자연의 선물
088 나일론 _새로운 섬유 물질의 발명과 의복 혁명
089 합성섬유와 음악 _악마의 바이올리니스트가 탄생한 이유는?
090 합성수지 _플라스틱 시대를 열다
091 플라스틱 쓰레기 _넘쳐나는 플라스틱, 인류의 새로운 골칫거리가 되다
092 탄소 섬유 _생활 속으로 파고든 고분자 섬유
093 반도체 _4차 산업 혁명과 기술기업의 무한 경쟁
094 전도성 고분자 _전기가 통하는 플라스틱, 무한한 활용성에 도전하다
095 그래핀과 탄소나노튜브 _인류의 꿈을 이루어 줄 신소재
096 유리와 세라믹 _딱딱한 액체에 담긴 과학
097 2차 전지 _지금, 이 순간에도 우리 곁에 있는 재사용 가능한 전지
098 연료 전지 _우주 탐사를 위해 개발된 전지
099 전기 자동차와 연료 전지 자동차 _친환경 자동차는 정말 친환경적일까?
100 농약 _살충제와 제초제 그리고 인간이 만든 가장 무서운 물질
101 식량과 화학 _식량 문제를 해결한 과학

현대과학에 의하면 우주는 100여 종의 원자가 물질의 바탕을 이루고 있어요. 이 중에서 수소와 헬륨처럼 가벼운 원자들은 우주가 탄생하던 대폭발big bang 초기에 만들어졌고, 일부는 별이 진화하면서 별 내부에서 만들어집니다. 또 금이나 은처럼 무거운 원소들은 초신성이 폭발하는 과정에서 생성되기도 하고요. 우리들의 몸을 이루고 있는 다양한 원소들의 역사도 마찬가지입니다. 그래서 어떤 학자는 “우리는 모두 과거에 별이었으며 별에서 온 존재다.”라고 말합니다. 이 말은 우리의 몸 자체가 우주의 역사를 고스란히 품고 있다는 의미예요. 더는 쪼개지지 않는다는 의미로 이름 지어진 원자였지만, 현대과학은 원자를 더 작은 알맹이로 자를 수 있다는 사실을 알아냈어요. 원자는 핵과 전자로 이루어졌으며, 원자핵은 양성자와 중성자로 또 이들은 소립자라고 부르는 더 작은 입자로 이루어져 있다는 사실은 이제 크게 놀랄 일도 아니지요. 그리고 지금 이 순간에도 더 작은 알맹이인 기본 입자elementary particle의 본질을 탐구하고자 하는 우리 인류의 연구는 계속되고 있어요.
_“003 | 원자 | 현대과학의 바탕이 된 불멸의 아톰” 중에서

축구 선수들의 포지션을 그라운드에 표시해놓고 보면 마치 골키퍼를 기점으로 바깥쪽으로 겹겹이 껍질처럼 둘러싸고 있는 것 같습니다. 원자 내에 있는 전자들도 마찬가지예요. 이들에게도 각각 맡은 영역이 있습니다. 원자핵을 중심으로 전자들의 고유영역을 표시해놓고 보면 마치 껍질 같은 구조로 보이거든요. 물론 이 껍질이 양파나 호두처럼 항상 둥근 모양은 아니고 완전히 경계가 나누어진 것도 아니에요. 하지만 확률적으로 전자들이 자주 출몰하는 지역을 살펴보면 분명 껍질과 같은 형태를 가지고 있어요. 축구 선수들의 포지션은 선수 각자의 기량에 따라 정해집니다. 마찬가지로 원자 내에 있는 전자의 위치를 결정하는 것은 그 전자가 갖고 있는 에너지예요. 전자가 가진 에너지가 낮을수록(안정할수록) 안쪽에 위치할 확률이 높고, 반대로 에너지가 높
을수록(불안정할수록) 바깥쪽에 위치할 확률이 높아요.
이제 다시 원점으로 돌아가보죠. 화학은 전자의 이동을 연구하는 학문이라고 했어요. 그렇다면 전자들은 각기 포지션에 따라 상대적으로 더 잘 이동하는 것도 있고 그렇지 못한 것도 있을 거예요. 원자 내의 전자들은 껍질구조로 되어 있는데 그중에서 가장 바깥에 위치한 껍질에 있는 전자들은 에너지가 높아서(불안정) 쉽게 위치를 이탈할 수 있답니다. 반면 안쪽에 있는 전자들은 여간한 외부 충격에도 잘 견디며 쉽게 위치를 이탈하지 않아요. 화학에서는 가장 바깥쪽 껍질에 있는 전자를 최외각 전자valence electron, 또는 ‘원자가 전자’라고 부른답니다. 반대로 안쪽 껍질에 있는 전자를 내부 전자core electron라고 부릅니다.
_“015 | 전자 구조 | 에너지에 따라 결정되는 전자의 포지션” 중에서