30일 만에 마스터하는 중학교 과학

지은이의 말 과학은 학문이 아니라 세상을 움직이는 원리다

1장 세상은 무엇으로 만들어졌을까?
원소란 무엇인지 알아보자
원자란 무엇인지 알아보자
이온, 중성인 원자가 바뀌는 이유
분자는 원자들이 결합해 만들어진다
분자 운동, 분자가 스스로 움직이는 현상
물질의 상태 변화란 무엇일까?
열에너지와 상태 변화에 대해 알아보자
순물질과 혼합물에 대해 알아보자
물질의 특성에는 무엇이 있을까?
화학 반응이란 무엇이고 어떤 것이 있을까?
질량 보존의 법칙과 일정 성분비의 법칙에 대해 알아보자
산과 염기란 무엇이고 어떤 것이 있을까?
중화 반응은 산과 염기가 만나서 일어난다
산화 환원 반응이란 무엇일까?

2장 우리 주변에서 일어나는 일들의 원인은 무엇일까요?
여러 가지 모습을 가진 힘
물체의 위치가 시간에 따라 변하는 물체의 운동
관성, 버스가 급정거할 때 몸이 앞으로 쏠리는 이유
온도와 열이란 무엇이고 어떤 점이 다를까?
열팽창, 뜨거운 물을 부은 유리컵이 깨지는 이유
빛의 특성에 대해 알아보자
반사와 굴절, 물체를 볼 수 있는 이유
파동에 대해 구체적으로 알아보자
과학에서 말하는 일과 일률은 무엇일까?
에너지란 무엇이고 어떤 것이 있을까??
에너지 전환과 보존에 대해 알아보자
정전기, 빗에 머리카락이 달라붙는 이유
전류와 전압이란 무엇일까?
옴의 법칙이란 무엇일까?
전기 에너지란 무엇이고 어디에 쓰일까?
전류와 자기장의 관계에 대해 알아보자

3장 살아 있다는 것은 무엇일까?
세포, 생물과 무생물을 구분하는 기준
식물의 구조에 대해 자세히 살펴보자
광합성이란 무엇인가?
영양소는 몸을 만들고 유지하는 데 꼭 필요하다
소화는 영양소를 흡수하기 위해 음식을 잘게 부순다
순환, 생명 유지를 위한 끊임없는 움직임
호흡이란 무엇이고 어떻게 할까?
배설은 우리 몸에 불필요한 노폐물을 내보낸다
감각 기관에는 어떤 것이 있을까?
신경계는 몸의 여러 가지 기능을 조절한다
호르몬이란 무엇이고 어떤 것이 있는지 알아보자
염색체와 DNA란 무엇일까?
몸을 성장시키는 세포 분열에 대해 알아보자
생물이 자손을 만드는 과정인 생식에 대해 알아보자
멘델의 법칙에 대해 알아보자
사람의 유전은 어떤 것일까?
생물이 진화하고 있다는 증거를 알아보자
진화설은 어떻게 진화가 일어나는지 설명한다
생물은 어떻게 분류할까?

4장 우리는 어디에서 살고 있을까?
지구계는 무엇으로 구성되어 있을까?
광물과 암석이란 무엇일까?
지구의 내부는 어떤 구조로 되어 있을까?
판구조론에 대해 알아보자
수권이란 무엇인지 살펴보자
해수의 순환에 대해 알아보자
기권이란 무엇인지 살펴보자
지구의 온도를 일정하게 유지시켜주는 지구 복사 평형
습도와 구름이란 무엇이고 어떤 관계인지 알아보자
기압이란 무엇이고 바람은 어떻게 생길까?
대기 대순환이란 무엇인지 살펴보자
우리가 살고 있는 행성 지구에 대해 자세히 알아보자
태양계를 이루고 있는 행성에 대해 알아보자
별의 성질에는 어떤 것이 있는지 알아보자
은하, 거대한 우주 속 셀 수 없이 많은 별들의 집단

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『30일 만에 마스터하는 중학교 과학』 저자 심층 인터뷰

원자가 무엇인지 이해를 돕기 위해 다음의 예를 들어보자. 큰 바위를 부수면 작은 돌멩이가 된다. 이 돌멩이를 또 부수면 더 작은 모래가 된다. 이 모래를 또 부수면 어떻게 될까? 이렇게 어떤 물질을 계속 쪼개 나가면 결국 원자라는 작은 알갱이(입자)가 된다. 이 원자는 너무 작아서 만질 수도, 볼 수도 없다. 돌턴은 이렇게 물질이 원자로 구성되어 있다는 원자설을 주장했다. 처음에는 가설로만 존재했던 원자였지만 많은 과학자들의 노력으로 그 실체가 과학적으로 증명되었다. 실제 원자의 크기는 약 1/1억cm 정도다. 이렇게 작은 원자의 내부는 어떻게 생겼는지 알아보자. 돌턴은 원자가 더이상 쪼개지지 않는 입자라고 주장했지만, 이후 과학자들의 연구로 원자는 더 작은 입자들로 이루어져 있다는 사실이 밝혀졌다. 원자는 중심부에 있는 원자핵과 주변에 퍼져 있는 전자로 이루어져 있는데, 원자핵은 (+)전하를, 전자는 (?)전하를 띠고 있다. 원자의 중심부에 있는 원자핵은 원자 질량의 대부분을 차지하지만, 그 크기는 매우 작다.

온도와 압력이 일정할 때 반응하는 기체와 생성되는 기체의 부피 사이에는 일정한 정수비가 성립한다는 기체 반응의 법칙은 프랑스의 화학자 게이뤼삭(Gay-Lussac)이 발견했다. 예를 들면 수소 2부피와 산소 1부피가 완전히 화합하면 수증기 2부피가 생긴다는 것이다. 하지만 기체 반응의 법칙은 기존의 원자설과 모순되는 부분이 있었고, 이를 해결하기 위해 이탈리아의 과학자 아보가드로(Avogadro)는 분자의 개념을 처음 도입했다. 분자는 원자들이 결합해 만들어진 입자다. 예를 들어 공기 중에 있는 산소 기체와 수소 기체를 원자와 분자 개념으로 비교해보자. 원자설에서는 산소 기체와 수소 기체가 각각 원자 1개로 이루어져 있다. 하지만 분자설에서 산소 기체는 산소 원자 2개가 결합해 만들어졌고, 수소 기체는 수소 원자 2개가 결합해 만들어졌다고 생각한다. 그렇다면 현재 원자와 분자는 어떻게 정의할까? 원자는 물질을 구성하는 가장 작은 입자를 뜻하며, 분자는 물질을 구성하는 성질을 가진 가장 작은 입자를 의미한다.

상태 변화가 일어날 때 물질이 가지고 있는 고유한 성질은 변하지 않는데, 이는 물질을 이루는 분자의 성질이 변하지 않기 때문이다. 그렇다면 무엇이 고체와 액체, 기체의 차이점을 만들까? 이런 차이는 상태 변화가 일어날 때 물질을 이루는 분자 배열이 달라지기 때문에 생긴다. 고체 상태일 때는 분자들이 매우 규칙적으로 배열되어 있으며, 분자 사이의 거리도 매우 가깝다. 반면 액체 상태일 때는 분자 배열이 약간 흐트러져 있으며, 분자 사이의 거리는 비교적 가깝다. 기체 상태는 분자들이 매우 불규칙하게 배열되어 있고, 분자 사이의 거리 또한 매우 멀다. 상태 변화시 분자의 개수는 변하지 않으므로 물질의 질량은 그대로지만, 분자 사이의 거리가 달라지므로 물질의 부피는 변한다. 고체가 녹아 액체로 변하는 것이 융해고, 액체가 고체로 되는 것은 응고다. 고체를 이루는 분자의 움직임이 활발해지면 분자 배열은 흐트러지고, 분자 사이의 거리도 멀어지며 융해가 일어난다.