화학의 미스터리

엔트로피, 주기율표와 분자운동, 분자 관람 그리고 나노

김성근 , 이영민 , 김경택 , 정택동 , 윤완수 지음

반니 2020년 10월 22일 출간 종이책 : 2019년 09월 30일 출간

작품소개

책소개

▶ 화학에 관한 내용을 담은 전문서적입니다.

목차

머리말 / 4
LECTURE 01 에너지와 엔트로피: 세상은 무엇으로 굴러갈까? - 김성근
화학, 변화의 과학 / 18 화학결합 에너지 / 24 열역학 법칙들 / 30
엔트로피의 수학 / 통계적 의미 / 37 확률과 통계의 화학 / 41 다시 미스터리로 / 46
패널 토의 / 48
질의응답 / 56

LECTURE 02 세상을 만드는 원자는 동그랄까, 길쭉할까, 우글쭈글할까? - 이영민
원자, 분자, 화학결합… / 60 파동함수를 이해할 수 있는 지식들 / 66
흔히 하는 몇 가지 착각들 / 72
패널 토의 / 79
질의응답 / 87

LECTURE 03 변화와 다양성: 주기율표의 탄생과 화학의 역사 - 김경택
원소의 주기율표 / 92 화학은 세계와 변화에 관한 학문 / 94 화학혁명: 질량보존의 법칙 / 102
화학은 친밀하고 로맨틱한 학문 / 117
패널 토의 / 118
질의응답 / 124

LECTURE 04 화학반응의 바늘과 실: 전자와 양성자 - 정택동
노벨상 메달 숨기기 / 130 전자와 양성자 / 133 산과 염기 그리고 산화/환원 / 136
광합성과 호흡 / 139 현대 전기화학 / 144
패널 토의 / 150
질의응답 / 156

LECTURE 05 분자운동과 화학반응, 그 역동의 세계 - 윤완수
위치에너지 / 162 분자 에너지 / 169 반응 속도 / 174
화학반응 속도의 결정요인 / 177 눈으로 보는 반응 / 179
패널 토의 / 184
질의응답 / 190

LECTURE 06 눈으로 보는 분자 1개의 화학 - 김유수
화학반응과 촉매 / 196 표면과 분자 / 198 분자 1개를 보는 현미경 / 201
분자 1개의 화학반응을 일으키다 / 205
패널 토의 / 214
질의응답 / 220

LECTURE 07 분자 관람: 공학의 미학 - 이동환
2017년에 태어난 새로운 분자들 / 226 패턴과 규칙 / 229 공간과 방향 / 234
화학결합과 기계결합 / 245 왜 또 새로 만들까? / 249
패널 토의 / 253
질의응답 / 260

LECTURE 08 나노: 우리의 미래 - 이광렬
나노/분자 세계는 얼마나 작은가? / 264 현미경으로 보는 나노 물질/구조 / 269
형형색색의 나노입자 / 273 우리 주변의 나노기술 / 276
패널 토의 / 279
질의응답 / 286

LECTURE 09 단백질 구조 예측: 분자세계 게임의 법칙을 찾아서 - 석차옥
단백질 구조 / 290 단백질 구조의 중요성 / 296 단백질 구조 예측 / 298
단백질 구조 예측 대회, CASP / 304 단백질 구조 예측, 그다음은? / 307
패널 토의 / 310
질의응답 / 318

LECTURE 10 화학적 감각: 냄새, 맛의 정체는 무엇인가? - 박태현
냄새를 화학물질로써 정의할 수 있을까? / 324 후각의 역할 / 327 후각수용체 / 328
융합 기술 / 336 단맛 수용체 / 338 어디에 쓸 것인가? / 340
패널 토의 / 342
질의응답 / 349

그림 출처 / 352
찾아보기 / 354

출판사 서평

세상의 미스터리를 풀어
미래로 가는 답을 구하다!
미시세계의 비밀을 파헤쳐 미래를 여는 과학 탐구서!

“CheMystery”
‘화학’할 때 화자가 무슨 뜻인지 아시나요?
꽃 화花, 불 화火? 바로 변화 화化입니다.
영어 Chemistry의 어간인 chemi-도 역시 변화라는 뜻입니다.
화학은 변화되는 과정을 다루는 변화의 학문입니다.
나트륨과 염소가 만나 전혀 다른 소금으로 변화하고,
수소와 산소가 만나 전혀 다른 물로 변화합니다.
수많은 분자를 합성시키면 고무가 되기도,
플라스틱이 되기도, 비료가 되기도 합니다.
이러한 변화 과정에서 미스터리가 생기기도 합니다.

우리는 무기물이 어찌하여 유기물이 되어서
우리 같은 생명체가 되었는지 아직 정확히 알지 못합니다.
우리는 세상의 수많은 미스터리를 푸는 데
화학이 기여할 수 있으리라 믿습니다.
화학은 변화의 학문, 가능성의 학문이니까요.
카오스강연 ‘화학의 미스터리, CheMystery’가
이러한 가능성을 보여줄 것입니다.


▼ 화학은 물질을 다루는 학문이다!
화학은 변화되는 과정을 다루는, 변화의 학문이다. 이러한 변화 과정에서 미스터리가 생기기도 한다. 우리는 무기물이 어찌하여 유기물이 되어서 우리 같은 생명체가 되었는지 아직 정확히 알지 못한다. 우리는 10억 분의 1m인 나노 단위까지는 볼 수 있지만 더 작은 세계의 비밀을 아직 모른다. 주기율표상의 빈 공간을 채울 또 다른 원소가 있는지도 알지 못하고, 우주의 95%를 차지하는 암흑물질과 암흑에너지를 알지도 못한다. 그러나 우리는 이런 세상의 수많은 미스터리를 푸는 데 화학이 기여할 수 있으리라는 것은 믿고 있다. 화학은 변화의 학문, 가능성의 학문이기 때문이다.

▼ 화학이라는 학문의 중요성과 현주소를 알 수 있는 계기
화학은 원래 과학을 부르는 다른 이름이었다. 17세기 과학혁명이 태동하던 시절에는 화학자들이 압도적으로 많았고, 과학자들은 동시에 화학자이기도 했다. 연금술에 몰두하기도 했던 뉴턴의 이야기는 유명하며, 라부아지에와 돌턴, 아보가드로 등의 화학자는 익히 명성을 떨친 과학자다.
한때 우리나라에서도 화학과와 화학공학과가 이과계열 최고 인기였던 적이 있었다. 미래는 화학에 달려 있다고 믿던 시절이었다. 하지만 요즘 학생들은 인공 지능이나 코딩 등에 관심을 두기에 화학은 자칫 ‘전망 없는’ 학문으로 여겨질 수도 있다. 화학에서 인공지능이나 뇌과학, 유전자가위나 코딩 따위를 떠올리기는 쉽지 않기 때문이다.

▼ 미래를 여는 놀라운 미래 학문, 화학
하지만 화학은 수많은 미래 학문과 연결되어 있다. 미래에너지, 수소·전기자동차, 양자역학(물리화학), 빅데이터(계산화학), 미래의약품, 인공근육, 첨단소재, 나노, 반도체 등이 모두 화학이 다루는 분야들인 것이다. 그리고 우리 뇌의 비밀과 인체의 비밀을 제대로 알려면 분자 단위를 다루는 화학이 절대적으로 필요하다.
화학 단어는 일상에서 아주 쉽게 쓰이기도 한다. 자주 사용하는 ‘저 사람과 내가 케미가 있다’라는 말은 서로 다른 존재가 만나 화학적 반응을 한다는 의미의 케미는, 당연히 케미스트리(화학)에서 나온 말입니다. 화학은 우리 생활과 뚝 떨어져서 과학자들에게 학문으로서만 존재하는 것이 아니다. 어떤 학문보다 우리 생활과 밀접한 관계가 있으며, 더 나은 미래를 위해 꼭 필요한 분야라는 걸 이 강연집으로 통해 알게 되길 희망한다.

카오스재단은 ‘과학, 지식, 나눔’을 모토로 대중이 과학을 좀 더 쉽게 이해하고 즐기게끔 노력하는 단체다. 매년 상반기와 하반기로 나누어 선정된 과학 주제로 10회에 걸쳐 강연한다. 2015년 상반기 주제 ‘기원’을 시작으로, ‘빛’, ‘뇌’, ‘지구’, ‘물질에서 생명으로’, ‘미래과학’, ‘수학’이 어떤 것인지에 대해 강연을 진행했다.
‘렉처 사이언스 KAOS’ 여덟 번째 책은 《화학의 미스터리》다. 엔트로피, 주기율표와 분자운동, 분자 관람 그리고 나노, 단백질 구조예측까지 미래를 위한 화학 특강이다. 미래에너지, 수소·전기자동차, 양자역학(물리화학), 빅데이터(계산화학), 미래의약품, 인공근육, 첨단소재, 나노, 반도체 등 우리 미래를 판가름할 다양한 것들에 화학이 깊이 연관되어 있음을 알게 되는 계기가 될 수 있을 것이다. 이번 카오스강연 ‘화학의 미스터리, CheMystery’ 10개 강연을 모은 이 강연집은 화학이라는 학문의 중요성과 현주소를 알기에 좋은 책이 될 것이다.

1강 ‘에너지와 엔트로피: 세상은 무엇으로 굴러갈까?’에서는 김성근 교수가 모든 것에서 에너지 변화와 엔트로피 변화가 있다는 것을 설명한다. 즉 식물이 묘목에서 출발해서 큰 나무가 되었다가 쇠잔하게 되는 과정과 같다. 모든 화학적 변화를 수반하는 에너지와 엔트로피가 각각 안정과 혼돈을 표현하면서 이들 사이의

작가정보

저자(글) 김성근

저자 : 김성근
서울대학교 화학과 (이학사) 를 졸업하고, 미국 하버드대학교에서 물리학으로 이학석사와 화학물리학으로 이학박사를 받았다. 서울대학교 자연과학대학장을 지냈으며, 현재 서울대학교 화학부 교수로 재직 중이다. 영국왕립화학회 펠로우, 국제 학술지 PCCP 편집장 및 편집 이사회 의장, 삼성미래기술육성재단 이사장 및 KAOS 과학위원장으로 활동하고 있다.

저자 : 이영민
서울대학교 화학과(이학사)를 졸업하고 동 대학원 동 학과에서 석사 학위를, 미국 스탠포드대학교 화학과(이학박사)에서 박사학위를 받았다. 포항공과대학교 화학과에서 조교수와 부교수를 역임했다. 현재 한국과학기술원(KAIST) 화학과 교수로 역임 중이다.

저자 : 김경택
토론토 대학교 화학과에서 이학박사를 받았다. 네덜란드 나이메겐 대학교에서 박사후 연구원을 지냈으며, 서울대학교 화학부 교수로 역임 중이다.

저자 : 정택동
서울대학교 화학과를 졸업하고 동 대학원 동 학과에서 이학 석사 및 이학박사를 받았다. 미국 캘리포니아공과대학교 화학과 포닥과 미국 오크리지 국립연구소 연구원을 지냈다. 현재 서울대학교 화학부 교수로 역임 중이며, 차세대융합기술 연구원 원장이다.

저자 : 윤완수
서울대학교 화학교육과를 졸업하고 동 대학원 화학과에서 석사 및 박사를 받았다. 미국 하버드대학교 화학과 박사후 연구원을 지냈으며, 현재 성균관대학교 화학과 교수로 역임 중이다. 한국표준과학연구원 나노양자연구단장이었으며, 나노바이오융합기술연구소장이다.

저자(글) 이영민

저자(글) 김경택

저자(글) 정택동

저자(글) 윤완수