청소년을 위한 교양 화학: 열화학

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 12일 출간

작품소개

책소개

열과 에너지는 우리 일상 속 어디에나 존재한다. 커피가 식어가는 현상부터 자동차 엔진의 작동, 생명체의 신진대사까지 모든 곳에서 열화학 원리가 작동하고 있다. 하지만 대학에서 배우는 열역학과 열화학은 복잡한 수식과 추상적 개념들로 가득해 많은 학생들이 어려워한다. 이 책은 중학생도 이해할 수 있도록 친숙한 일상의 예시와 비유를 통해 열화학의 핵심 개념들을 차근차근 풀어낸다. 마이어와 줄의 에너지 보존 발견부터 깁스의 자유에너지 개념까지, 열화학 발전사의 주요 인물들과 그들의 발견 과정을 따라가며 자연스럽게 개념을 익힐 수 있다.

열역학 제1법칙과 제2법칙, 엔탈피와 엔트로피 같은 핵심 개념들을 돈 주머니 비유, 방 청소 비유, 등산로 비유 등으로 설명한다. 복잡한 수식 대신 직관적 이해를 우선시하여 개념의 본질을 파악할 수 있도록 돕는다. 헤스의 법칙은 여행 경로와 총 거리로, 격자 엔탈피는 아파트 건설 과정으로, 화학결합 에너지는 줄다리기 게임으로 설명한다. 라부아지에의 최초 열량계부터 현대의 정밀한 측정 장비까지, 열을 측정하는 방법의 발전 과정도 흥미롭게 다룬다. 각 장마다 실험 원리와 계산 방법을 단계별로 제시하여 이론과 실습을 균형 있게 학습할 수 있다.

이론에 머물지 않고 실생활과 산업 현장에서의 응용 사례들을 풍부하게 소개한다. 핫팩과 쿠팩의 원리, 냉장고와 히트펌프의 작동 방식, 연료의 효율성 비교, 철강 제련과 암모니아 합성 공정의 최적화 등을 다룬다. 생명체 내에서 일어나는 ATP 에너지 전환, 광합성과 호흡의 에너지 수지, 효소의 촉매 작용 등 생화학적 현상도 열역학적 관점에서 설명한다. 대기 중 온실효과와 오지층 파괴, 산성비 형성 과정 등 환경 문제의 열화학적 메커니즘도 자세히 다루어 과학적 사고력을 기른다. 각 응용 사례마다 관련 이론과의 연결고리를 명확히 제시하여 통합적 이해를 돕는다.

미래 기술 발전의 핵심인 신재생 에너지, 에너지 저장, 환경 기술 분야에서 열화학이 어떤 역할을 하는지 전망한다. 태양열 집열기와 지열 에너지 활용, 수소 연료 생산과 저장, 폐열 발전 기술, 탄소 포집 기술 등의 원리를 설명한다. 양자점과 나노 소재의 특성, 상변화 물질을 이용한 에너지 저장, 인공 광합성 시스템 등 첨단 기술의 열역학적 기초도 다룬다. 24개 장에 걸쳐 기초 개념부터 최신 기술까지 체계적으로 구성되어 있어, 열화학의 전체적인 그림을 그릴 수 있다. 중학생부터 일반인까지 누구나 읽을 수 있도록 쓰여진 이 책은 과학적 호기심을 자극하고 미래 진로 선택에도 도움을 줄 것이다.

목차

1. 열과 에너지의 비밀
2. 열역학 제1법칙의 발견
3. 엔탈피라는 새로운 개념
4. 열량계로 열을 재다
5. 헤스가 발견한 법칙
6. 표준 상태의 기준점
7. 생성 엔탈피의 이해
8. 연소와 에너지 방출
9. 용해할 때 일어나는 일
10. 격자 에너지의 힘
11. 상변화와 에너지
12. 화학결합의 세기
13. 열역학 제2법칙
14. 엔트로피의 신비
15. 자유에너지와 자발성
16. 화학평형의 열역학
17. 온도와 반응속도
18. 전기와 화학의 만남
19. 생명체의 열화학
20. 대기 중의 열화학
21. 산업 속 열화학 응용
22. 환경을 위한 열화학
23. 고체의 특별한 성질
24. 미래의 열화학 기술

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.