청소년을 위한 교양 화학: NMR 기초

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 12일 출간

작품소개

책소개

분자의 구조를 눈으로 직접 볼 수 없던 시대에 화학자들은 원자들이 어떻게 배치되어 있는지 알아내기 위해 수많은 간접적인 방법들을 시도해왔습니다. 1946년 펠릭스 블로흐와 에드워드 퍼셀이 동시에 발견한 핵자기공명 현상은 이러한 한계를 완전히 뛰어넘는 혁명적인 돌파구였습니다. 원자핵이 자석처럼 행동한다는 사실과 이들이 라디오파에 반응한다는 발견은 분자 내부의 비밀을 정확하게 밝혀낼 수 있는 강력한 도구가 되었습니다. 오늘날 NMR은 신약 개발부터 생체분자 연구까지 현대 화학과 생명과학 연구의 핵심 기술로 자리잡았으며, 의료용 MRI의 원리이기도 합니다.

이 책은 대학교 화학과에서 배우는 NMR 분광학의 모든 핵심 개념을 중학생도 이해할 수 있도록 체계적으로 구성한 교양서입니다. 원자핵의 스핀 개념부터 시작하여 화학적 이동, 스핀-스핀 결합, 2차원 NMR 실험까지 23개 챕터에 걸쳐 단계적으로 설명합니다. 각 개념은 일상생활의 친숙한 사례와 연결하여 설명하며, 나침반과 원자핵 자석의 유사점이나 볼츠만 분포 같은 복잡한 물리 현상도 구체적인 비유를 통해 직관적으로 이해할 수 있게 합니다. 또한 실제 화합물의 스펙트럼 해석 과정을 상세히 다루어 이론과 실제를 연결하는 실무적 지식도 제공합니다.

책의 전반부에서는 NMR의 물리적 원리와 기기 구조를 다루고, 중반부에서는 수소 NMR과 탄소 NMR의 특징적인 신호 패턴을 체계적으로 학습합니다. 알킬 화합물부터 방향족 화합물, 카보닐 화합물까지 작용기별 NMR 특성을 상세히 설명하며, 각 화합물군에서 나타나는 화학적 이동 범위와 결합 패턴을 예측할 수 있는 능력을 기릅니다. 후반부에서는 2차원 NMR 실험과 NOE 효과 같은 고급 기법들을 다루며, 복잡한 분자 구조 결정과 입체화학 분석 방법을 소개합니다. 마지막 장에서는 단백질과 DNA 같은 생체분자 분석과 인공지능을 활용한 미래 NMR 기술까지 다룹니다.

이 책을 통해 독자들은 현대 화학 연구의 핵심 도구인 NMR 분광학의 전체 그림을 이해하게 됩니다. 단순히 개념을 암기하는 것이 아니라 원자 수준에서 일어나는 물리 현상을 논리적으로 사고하는 능력을 기를 수 있으며, 복잡한 스펙트럼 데이터를 체계적으로 분석하여 분자 구조를 도출하는 과학적 추론 과정을 경험할 수 있습니다. 또한 첨단 과학 기술이 어떻게 발전해왔고 미래에는 어떤 방향으로 나아갈지에 대한 통찰도 얻을 수 있습니다. 화학에 관심이 있는 청소년이라면 이 책을 통해 미시 세계의 놀라운 질서와 아름다움을 발견하는 특별한 경험을 하게 될 것입니다.

목차

1. 원자 비밀을 밝히는 NMR
2. 원자핵이 자석이 되는 신기한 현상
3. 자기장 속 원자핵의 춤
4. NMR 기기와 초전도 자석
5. 화학적 이동의 원리
6. 스핀-스핀 결합 현상
7. 스펙트럼에 숨겨진 분자의 개수 정보
8. 수소 NMR의 특징
9. 탄소 NMR의 원리
10. 동적 NMR 현상
11. 스펙트럼 단순화 기법
12. 2차원 NMR 실험
13. NOE 효과와 거리 측정
14. NMR 샘플 준비법
15. 기기 조정과 품질 향상
16. 스펙트럼 해석의 체계적 접근법
17. 알킬 화합물의 NMR 패턴 읽기
18. 불포화와 방향족 신호
19. 카보닐 화합물의 명확한 신호 특징
20. 헤테로 원자의 NMR 효과
21. 입체화학과 NMR
22. 생체분자 NMR 분석
23. NMR의 미래와 첨단 응용 기술들

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.