별은 연금술사

9일간의 특별한 과학 수업

정완상 , 지음

거인 2013년 02월 25일 출간 종이책 : 2012년 08월 16일 출간

작품소개

책소개

『별은 연금술사』는 연금술의 뿌리부터 출발해, 고대 그리스 과학자들의 물질론, 중세의 플로지스톤 이론, 라부아지에의 질량 보존의 법칙, 돌턴의 원자설 등에 대해 자세하게 설명했다. 그리고 현대의 첨단 화학에는 어떤 것이 있는가도 소개하고 있다. 이 책은 고대 과학이 오늘날까지 어떻게 발전하게 되었는지를 살펴보며, 초중등 과학 교과서에 나오는 주요 원리와 개념을 탐구해 보도록 했다.

목차

머리말 ·6
제1교시 화학의 탄생 ·9
세상은 어떤 물질들로 이루어져 있을까? ·11 | 4원소설로 우주를 설명할 수 있을까? ·23
제2교시 중세 과학과 연금술 ·27
과학을 발전시킨 연금술 ·29 | 수많은 실험 도구와 실험 방법들을 낳다 ·33 | 연금술과 의학 ·37
제3교시 세상 모든 물질과 화학 ·41
화학의 아버지, 보일 ·43 | 기체의 부피와 압력의 관계를 밝힌 보일의 법칙 ·47
제4교시 프리스틀리와 기체의 발견 ·51
연금술과 플로지스톤 ·53 | 눈에 보이지 않는 기체의 발견 ·56
제5교시 라부아지에와 질량 보존의 법칙 ·61
라부아지에, 질량 보존의 법칙을 발견하다 ·63 | 공기는 무엇으로 이루어져 있을까? ·65
제6교시 돌턴의 원자설과 아보가드로의 분자설 ·69
원자의 존재를 밝힌 돌턴 ·71 | 아보가드로, 분자설을 발견하다 ·79
제7교시 원자 속엔 무엇이 있을까 ·83
빛의 연금술, X선의 발견 ·85 | 원자 속에는 전자와 양성자가 있다 ·93
제8교시 퀴리 부인과 방사능 원소 ·99
퀴리 부인, 방사능 원소들을 발견하다 ·101 | 채드윅, 중성자를 발견하다 ·106 | 양성자의 개수는 같은데 중성자의 개수가 다른 동위 원소 ·113 | 방사선은 어떻게 원자핵에서 나오는 걸까? ·117
제9교시 현대 사회의 연금술, 화학 ·125
원자력 발전소는 어떻게 만들어질까? ·127 | 현대 과학의 빛나는 돌, 반도체 ·133 | 세상을 바꾸는 탄소 나노 튜브 ·136 | 환경을 살리는 황금의 돌, 수소 저장 합금 ·138

책 속으로

중세를 흔히 ‘암흑기’라고 부른다. 중세 시대에는 과학보다는 종교를 우선시해서 고대의 학자들이 이룩한 과학은 더 이상 발전하지 못하고 말았다. 이처럼 희망이 엿보이지 않는 시대를 일컬어 사람들은 암흑기라고 일컬었다.
하지만 중세에는 연금술사들이 있었다. 자연의 현상들에 대해 생각만 하던 고대의 학자들과는 달리 중세의 연금술사들은 최초로 과학적인 실험을 했다. 그들의 목표는 구리나 철과 같이 흔한 금속으로 값비싼 금을 만들어 내는 것이었다. 이러한 기술을 연금술이라고 하는데, 연금술은 아리스토텔레스의 4원소설을 기초로 하여 발전했다. 연금술은 기원전 322년에 이집트의 나일 강 상류에 세워진 도시 알렉산드리아에서 본격적으로 시작되었다.
-제2교시 중세 과학과 연금술

연금술사들은 금을 만들기 위해 온갖 물질들을 가열하고, 용해하며, 증류하는 과정에서 그들이 원했던 현자의 돌을 얻지는 못했다. 대신에 다른 유용한 것들을 얻을 수 있었다. 알코올, 에테르, 아세트산, 질산, 황산, 왕수(염산과 질산의 혼합물, 금을 녹일 수 있다.), 백반, 염화암모늄, 질산은, 비누, 알칼리 등 수많은 화학 약품과 증류기, 플라스크, 여과기 등의 실험 기구를 발견할 수 있었다. 연금술사들의 이러한 발견은 화학을 탄생시켰다. 그래서 베이컨(1561년 ~1626년)은 다음과 같이 말했다.
“연금술은 아마도 아들에게 자신의 포도밭 어딘가에 금을 묻어 두었노라고 이야기하는 아버지라고 할 수 있을 것이다. 아들은 땅을 파서 금을 발견하지는 못했지만, 결과적으로 포도 뿌리를 덮고 있던 흙덩이를 갈아 풍성한 포도를 수확할 수 있었다. 금을 만들고자 노력했던 사람들은 여러 가지 유용한 발명과 유익한 실험들을 가져다주었다.”
-제3교시 세상 모든 물질과 화학

수많은 실험 끝에 보일은 온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피는 반비례한다는 사실을 밝혀냈다. 즉, 기체의 압력이 높아지면 기체의 부피가 줄어든다는 것을 알아낸 것이다. 보 일이 발견한 이 사실은 ‘보일의 법칙’ 으로 불리게 되었다. 보일의 말도 들어보자.
“기체에 작용하는 압력이 2배, 3배로 커질수록 기체의 부피는 1/2, 1/3로 줄어듭니다. 따라서 온도가 일정할 때 기체의 부피와 압력은 반비례합니다.”
결국, 보일의 법칙은 온도가 일정할 때 ‘기체의 압력×기체의 부피=일정한 값(P×V=k)’이라는 공식으로 나타낼 수 있다.
-제3교시 세상 모든 물질과 화학

라부아지에는 밀폐된 S자형 유리 용기에 수은을 넣고 가열하여 반응 전후의 질량을 비교해 보기로 했다. 실험 전에 수은이 들어 있는 유리 용기의 질량은 수은의 질량과 공기의 질량과 유리 용기의 질량의 합이었다. 12일 동안 수은을 가열한 후, 라부아지에는 연소된 수은의 질량이 무거워진 것을 알아냈다. 반면에 공기가 들어 있는 유리 용기의 질량은 줄어들었다. 공기 속에 있던 산소가 물질과 결합하여 탄 물질을 만들었던 것이다. 라부아지에는 이 실험에서 실험 전후의 물질의 질량은 달라지지 않는다는 것을 알아냈는데, 이것이 바로 유명한 질량 보존의 법칙이다.

-제5교시 라부아지에와 질량 보존의 법칙

1901년, 뢴트겐은 X선을 발견한 공로를 인정받아 제1회 노벨 물리학상을 수상했다. 한편, 유명한 전기 회사들마다 X선에 대한 특허를 자신들이 사겠다고 했다. 그는 X선의 특허를 넘기면 많은 돈을 벌 수 있었지만 ‘X선은 모든 인류의 것이지 나의 것은 아닙니다.’라고 말하며, 그 제안을 모두 거절했다. X선이 모든 사람들을 이롭게 해야 한다고 생각했기 때문이다.
뢴트겐이 X선을 발견하자 큰 파장을 몰고 왔다. X선은 외과 수술에서 중요한 역할을 하게 되었는데, 1886년 1월 20일에 베를린의 어느 의사는 X선을 이용하여 손가락 속에 박힌 유리 조각을 꺼냈다. 같은 해 2월 7일에 영국의 한 의사는 X선으로 어느 소년의 두개골에 박힌 총알을 꺼내는 데 성공했다.
-제7교시 원자 속엔 무엇이 있을까

채드윅이 중성자를 발견하자, 모든 원자핵 속의 양성자의 개수와 전자의 개수와 같다는 것이 밝혀졌다. 그리고 원자핵 속에는 전기를 띠지 않는 중성자가 살고 있다는 것도 밝혀졌다.
중학교 과학 시간에는 ‘원자 번호’라는 말을 자주 듣게 된다. 원자핵 속의 양성자의 개수를 원자 번호라고 부른다. 그러니까 수소는 1번, 헬륨은 2번, 리튬은 3번 등으로 부르는 것이다. 우리가 숨을 쉬는 데 필요한 산소는 원자 번호가 8번이다. 그리고 산소의 원자핵은 양성자 8개와 중성자 8개로 이루어져 있고, 원자핵 주위에 8개의 전자가 살고 있다.
-제8교시 퀴리 부인과 방사능 원소

1991년에 과학자들은 풀러렌을 연구하는 과정에서 우연히 새로운 것을 발견했다. 그것은 지름이 1나노미터(1나노미터는 1미터의 10억 분의 1이다. 기호는 nm)밖에 안 되지만 길이는 수

출판사 서평

과학의 기원에서부터 교과서 속 핵심 원리까지, 어린이가 꼭 알아야 할 과학의 모든 것
위대한 과학자들은 과학을 사랑하는 어린이들에게는 꿈과 희망을 주는 별이다. 《별은 연금술사》는 과학의 역사를 빛낸 화학자들의 새로운 과학에 대한 도전을 소개하고 있다.
물질의 특성을 밝히는 과학인 화학은 오늘날 탄소 나노 튜브와 핵융합 발전 등을 내놓아 세상을 바꾸고 있다. 이처럼 화학이 현대 과학의 빛나는 별로 자리매김할 수 있던 데에는 ‘연금술’이 있었다. 연금술은 값싼 금속을 값비싼 황금으로 만들어 내려는 기술이었다. 이 기술은 비록 허황돼 보였지만 그것을 연구하는 과정에서 필연적으로 화학이 발전하게 되었다. 연금술을 연구하는 연금술사들에 의해 수많은 화학 실험 장치와 여러 새로운 물질들, 그리고 수소와 산소와 같이 눈에 보이지 않는 기체들을 발견하게 된 것이다.
이 책은 연금술의 뿌리부터 출발해, 고대 그리스 과학자들의 물질론, 중세의 플로지스톤 이론, 라부아지에의 질량 보존의 법칙, 돌턴의 원자설 등에 대해 자세하게 설명했다. 그리고 현대의 첨단 화학에는 어떤 것이 있는가도 소개하고 있다.
이 책은 고대 과학이 오늘날까지 어떻게 발전하게 되었는지를 살펴보며, 초중등 과학 교과서에 나오는 주요 원리와 개념을 탐구해 보도록 했다. 암기 위주의 이론식 교육이 아니라 과학사의 큰 흐름을 알아보며, 과학의 원리와 개념이 어떻게 탄생하게 되었는지를 알아보므로, 최근 교과서와 연계되는 심화학습 및 자기주도형 독서활동을 강조하고 있는 입학사정관제 입시정책에도 부합할 것이다.
이 책은 ‘교과서가 만만해지는 과학 이야기’ 시리즈의 제1권이다. 이 시리즈는 초등학교와 중학교 과학을 쉽고 재밌게 익힐 수 있도록 구성했다. 교과서의 주요 원리와 개념은 물론 과학사와 과학자의 일화 등 배경 지식까지 알아보므로, 통합적인 지식을 쌓을 수 있을 것이다. ‘교과서가 만만해지는 과학 이야기’ 시리즈는 계속 출간될 예정이다.

교양과학서의 대표 저자 정완상과 함께하는
9일 간의 특별한 과학 수업!
이 책의 저자 정완상은 국립 경상대학교에서 과학을 가르치고 있는 교수로서, 어린들에게 어려운 과학의 원리와 개념을 쉽고 재미있게 전달해 주는 책들을 내놓아 주목받고 있다.
최근 학생과 학부모들은 주요 대학과 교육청 산하의 영재교육원이나 방학 때면 열리곤 하는 과학캠프에 관심을 갖고 있다. 이 책은 그런 요구에 부합하고자 영재교육원 과학캠프의 수업 형식으로 구성했다. 고대 과학이 오늘날까지 어떻게 발전하게 되었는지를 살펴보며, 초중등 과학 교과서의 주요 원리와 개념을 탐구해 보도록 했다. 또한 복잡한 수식이나 공식은 피해 학생들이 본문을 읽어 나가는 데 어려움을 겪지 않도록 배려했다. 글을 설명해 주는 사진과 일러스트들이 수록되어 내용을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

현장 교육 전문가가 추천하는 책
이 책의 추천사를 쓴 한미애 화학 교사는 강원과학고 화학 교사를 거쳐 현재 계촌중학교 과학 교사로 활동하고 있다. <교육인적자원부 화학 교과서>와 <화학실험 교과서>를 심의했으며, 대한화학회 <화학교육> 편집위원으로 활동했다. 가는 곳마다 엄마의 따뜻한 마음으로 학생들을 보살펴 학업성취도를 높였다. 2009년 ‘올해의 과학 교사상’, ‘2011년 올해의 스승상’ 등을 수상했으며, 강원도교육청 영재교육원 학생들과 현직 교사들을 대상으로 교육도 하고 있다.
이 책은 화학의 세계가 시작된 연금술의 이야기부터 오늘날의 첨단 화학 이야기까지 재미있게 서술하고 있습니다. 저자와 함께 9교시 수업을 하게 되면, ‘보일’과 ‘라부아지에’ 등 과학사 속의 인물들이 발견한 중요한 화학 이론들을 수식이나 공식 없이 쉽게 익힐 수 있습니다. 과학고 입학을 꿈꾸는 과학 영재들, 과학 공부에 재미를 붙이고 싶은 모든 친구들이 꼭 읽어야 할 책입니다. 화학 교사 생활을 한 지 29년이 된 저는, 학생들이 화학 공부를 하면서 사전처럼 늘 지니고 있을 만한 책이라고 생각합니다. 화학을 제대로 공부해 보려는 모든 학생들에게 적극 추천합니다.
- 한미애 추천

작가정보

저자(글) 정완상

저자 정완상은 어린이와 청소년을 위한 교양 과학 책의 대표 저자이고 1962년 서울에서 태어났다. 1985년 서울대학교 무기재료공학과를 졸업하고, 1992년 KAIST에서 초중력 이론으로 이론 물리학 박사 학위를 받았다. 1992년부터 현재까지 국립 경상대학교 기초과학부 교수로 재직 중이며, 전공 분야는 중력 이론과 양자 대칭성 및 응용 수학으로 현재까지 물리학과 수학의 국제 학술지에 100여 편의 논문을 게재했다. 지은 책으로는 《아인슈타인이 들려주는 상대성 원리 이야기》, 《호킹이 들려주는 빅뱅 이야기》, 《과학 공화국 물리 법정》, 《과학 공화국 수학 법정》, 《과학 공화국 생물 법정》, 《과학 공화국 화학 법정》, 《과학 공화국 지구 법정》 등 여러 베스트셀러가 있다.

저자(글)

추천: 한미애
추천사를 쓴 한미애 화학 교사는 강원과학고 화학 교사를 거쳐 현재 계촌중학교 과학 교사로 활동하고 있다. 《교육인적자원부 화학 교과서》와 《화학실험 교과서》를 심의했으며, 대한화학회 《화학교육》 편집위원으로 활동했다. 가는 곳마다 엄마의 따뜻한 마음으로 학생들을 보살펴 학업성취도를 높였다. 2009년 ‘올해의 과학 교사상’, ‘2011년 올해의 스승상’ 등을 수상했으며, 강원도교육청 영재교육원 학생들과 현직 교사들을 대상으로 교육도 하고 있다.