청소년을 위한 교양 화학: 산화-환원 반응

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 12일 출간

작품소개

책소개

산화-환원 반응은 전자가 한 물질에서 다른 물질로 이동하는 화학 반응으로, 우리 주변에서 일어나는 모든 화학 현상의 핵심입니다. 18세기 라부아지에가 산소와 연소의 관계를 밝혀낸 이후, 과학자들은 단순한 산소의 결합과 분리에서 시작된 산화-환원 개념을 전자 이동이라는 현대적 관점으로 발전시켰습니다. 철이 녹슬고 사과가 갈변하는 일상적 현상부터 복잡한 산업 공정까지, 산화-환원 반응은 물질의 성질을 변화시키는 가장 기본적인 메커니즘입니다. 이 책은 산화수 계산, 반응식 균형 맞추기, 전극 전위 측정 등의 기초 이론부터 출발하여 독자가 산화-환원 반응의 원리를 체계적으로 이해할 수 있도록 구성되었습니다.

현대 산업 사회는 산화-환원 반응 없이는 존재할 수 없습니다. 스마트폰 배터리에서 전기자동차용 리튬이온 배터리까지, 우리가 사용하는 모든 전지는 산화-환원 반응을 통해 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 철강 산업에서는 용광로 내에서 철광석이 철로 환원되며, 알루미늄 제련 과정에서는 대량의 전기를 사용한 전해 반응이 핵심 역할을 합니다. 자동차 배기가스를 정화하는 촉매 변환기, 금속 부식을 방지하는 도금 기술, 수질 정화를 위한 산화 처리까지, 산화-환원 반응은 환경 보호와 산업 발전의 양면에서 중요한 기술적 기반을 제공합니다. 연료전지 기술은 수소 경제 시대의 핵심 기술로 주목받고 있으며, 이 역시 산화-환원 반응의 직접적 응용입니다.

생명체에서 일어나는 대부분의 생화학 반응도 산화-환원 반응입니다. 우리가 숨쉬는 세포 호흡 과정에서는 포도당이 산화되면서 생명 활동에 필요한 에너지가 생성됩니다. 식물의 광합성에서는 물이 산화되어 산소가 발생하고 이산화탄소가 환원되어 포도당이 합성됩니다. 이러한 과정에서 미토콘드리아와 엽록체는 정교한 전자 전달 시스템을 통해 에너지 변환을 수행합니다. 노화와 질병의 원인이 되는 산화 스트레스와 이를 방어하는 항산화 물질의 작용 또한 산화-환원 반응으로 설명됩니다. 비타민 C와 E 같은 항산화 비타민이 우리 몸에서 어떻게 작용하는지, 운동 후 발생하는 활성산소가 어떤 영향을 미치는지도 산화-환원 반응의 관점에서 이해할 수 있습니다.

미래 기술의 발전 방향도 산화-환원 반응과 밀접하게 연결되어 있습니다. 전기 에너지 저장 용량을 획기적으로 늘린 슈퍼 커패시터, 나노 기술을 활용한 차세대 배터리, 생체 조직과 직접 연결되는 바이오 연료전지 등은 모두 산화-환원 반응의 새로운 응용 분야입니다. 우주 탐사에서 사용되는 연료전지 시스템, 국제우주정거장의 산소 생성 장치, 화성 탐사선의 동력원까지 첨단 우주 기술도 산화-환원 반응을 기반으로 합니다. 탄소 중립 사회 실현을 위한 친환경 에너지 기술, 인공지능과 결합된 화학 반응 연구, 양자점을 이용한 차세대 디스플레이 기술 등 미래 산업의 핵심 기술들이 산화-환원 반응의 원리 위에서 발전하고 있습니다.

목차

1. 산화와 환원의 발견
2. 전자의 여행
3. 산화수의 신비
4. 화학 반응의 균형
5. 산화제와 환원제의 대결
6. 전기와 화학의 만남
7. 갈바닉 전지의 원리
8. 전해전지의 마법
9. 표준 전극 전위의 세계
10. 금속의 서열
11. 부식과의 전쟁
12. 배터리 혁명
13. 연료전지의 꿈
14. 생명체의 에너지 공장
15. 광합성의 기적
16. 산업 혁명의 화학
17. 환경 정화의 화학
18. 분석 화학의 도구
19. 유기 화합물의 변신
20. 요리 속 화학 반응
21. 의학 속 산화-환원
22. 우주 속 산화-환원
23. 미래를 여는 산화-환원

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.