청소년을 위한 교양 화학: pH와 완충 용액

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 12일 출간

작품소개

책소개

우리가 매일 마시는 물이 스스로 이온으로 분해되고, 혈액이 정확히 pH 7.4를 유지해야만 생명을 지속할 수 있다는 사실을 아는 사람은 많지 않다. 이 책은 고대 이집트에서 발견된 최초의 산성 물질부터 현대 첨단 바이오 기술에서 활용되는 정밀한 pH 제어 기술까지, 화학에서 가장 중요한 개념 중 하나인 pH와 완충 용액의 모든 것을 다룬다. 아레니우스, 브뢴스테드, 루이스가 차례로 발전시킨 산염기 이론의 역사적 흐름을 따라가며, 덴마크 생화학자 쇠렌센이 1909년 칼스버그 연구소에서 처음 제안한 pH 개념이 어떻게 현대 과학의 핵심 도구가 되었는지 살펴본다.

전체 24개 챕터는 기초 이론부터 고급 응용까지 체계적으로 구성되어 있다. 산과 염기의 발견사에서 시작해 물의 자기 이온화 현상을 거쳐, 헨더슨 방정식과 완충 용액의 원리를 차근차근 설명한다. 특히 인체 혈액 완충계, 인산 완충계, 단백질 완충계가 생명 유지에 수행하는 핵심 역할을 구체적인 메커니즘과 함께 제시한다. 또한 산염기 적정과 적정 곡선 분석, 지시약의 작동 원리, 염의 가수분해 현상까지 실험실에서 만날 수 있는 모든 현상들을 이론적 배경과 함께 다룬다. 각 개념마다 실제 사례와 계산 과정을 포함해 추상적인 화학 개념을 구체적으로 이해할 수 있도록 돕는다.

pH와 완충 용액은 실생활 곳곳에 숨어 있다. 음식의 맛을 결정하고 보존 기간을 늘리는 식품 산업의 핵심 기술이며, 화장품과 의약품이 피부에 자극을 주지 않도록 설계하는 필수 요소다. 토양의 pH가 농작물 성장을 좌우하고, 산성비가 환경에 미치는 영향을 이해하는 열쇠이기도 하다. 위산의 강한 산성 환경에서 칼슘과 철분 흡수가 촉진되고, 의약품의 체내 흡수와 배설이 pH에 따라 달라지는 현상들을 통해 생명과학과 의학 분야에서의 중요성을 확인할 수 있다. 또한 극소량 시료 분석부터 우주 개발까지 첨단 과학 기술 영역에서 정밀한 pH 제어가 갖는 핵심적 역할을 보여준다.

이 책을 통해 독자는 화학의 추상적 개념들이 실제로는 생명 현상과 일상생활을 지배하는 구체적 원리임을 깨닫게 된다. 복잡해 보이는 수식과 화학 반응들이 사실은 우리 몸속에서 매 순간 일어나는 자연스러운 과정이라는 점을 이해하면서, 과학적 사고력과 분석력을 기를 수 있다. 특히 완충 작용의 원리를 통해 자연이 어떻게 섬세한 균형을 유지하는지 배우며, 환경과 생명에 대한 새로운 관점을 얻게 된다. 중학생도 이해할 수 있는 쉬운 설명과 풍부한 사례를 통해 대학 수준의 화학 지식을 자연스럽게 습득하며, 앞으로 만날 더 깊은 과학 학습의 견고한 토대를 마련할 수 있을 것이다.

목차

1. 산과 염기의 발견
2. 아레니우스 이론
3. 브뢴스테드 이론
4. 루이스 이론
5. 물의 자기 이온화
6. pH의 탄생과 정의
7. pOH와 pKw
8. 강산과 강염기
9. 약산과 약염기
10. 헨더슨 방정식
11. 완충 용액이란
12. 완충 작용 원리
13. 완충 능력과 범위
14. 혈액 완충계
15. 인산 완충계
16. 단백질 완충계
17. 완충 용액 제조법
18. 산염기 적정
19. 적정 곡선 분석
20. 지시약의 원리
21. 염의 가수분해
22. 용해도와 pH
23. pH 측정 기술
24. pH 응용과 미래

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.