청소년을 위한 교양 화학: 기체 법칙

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 21일 출간

작품소개

책소개

기체는 우리 주변 어디에나 존재하지만 눈에 보이지 않는 신비로운 물질 상태입니다. 이 책은 17세기 로버트 보일이 주사기 실험을 통해 압력과 부피의 반비례 관계를 발견한 순간부터, 자크 샤를이 열기구 개발 과정에서 온도와 부피의 비례 관계를 밝혀낸 역사적 순간들을 생생하게 담고 있습니다. 토리첼리의 수은 기압계 실험, 아메데오 아보가드로의 분자 가설, 존 달톤의 부분압력 법칙까지, 각각의 발견이 어떤 호기심과 실험 정신에서 비롯되었는지 상세히 설명합니다. 단순해 보이는 기체의 성질 뒤에 숨겨진 과학적 원리들이 어떻게 인류의 지적 탐구를 통해 하나씩 밝혀졌는지 알 수 있습니다.

보일의 법칙, 샤를의 법칙, 게이뤼삭의 압력 법칙, 아보가드로의 법칙이 어떻게 하나의 통합된 이상기체 방정식 PV=nRT로 완성되었는지 단계별로 이해할 수 있습니다. 각 법칙이 발견된 실험적 배경과 과학자들의 사고 과정을 따라가면서, 복잡해 보이는 수식들이 실제로는 자연 현상에 대한 명확한 설명임을 깨닫게 됩니다. 기체 분자들의 무작위 운동에서 출발한 기체 운동론이 어떻게 압력, 온도, 부피 사이의 관계를 분자 수준에서 설명하는지 배우며, 이상기체와 실제기체의 차이를 다룬 반데르발스 방정식까지 체계적으로 학습할 수 있습니다. 추상적인 개념들이 구체적인 실험과 관찰을 통해 확립된 과정을 이해하게 됩니다.

기체 법칙들이 단순한 이론에 그치지 않고 우리 일상생활과 현대 기술에 어떻게 적용되는지 다양한 사례를 통해 확인할 수 있습니다. 자전거 펌프에서 작동하는 보일의 법칙, 계절에 따른 타이어 공기압 변화에서 나타나는 샤를의 법칙, 압력솥의 원리에 숨어있는 게이뤼삭의 법칙 등 친숙한 현상들의 과학적 배경을 이해하게 됩니다. 스쿠버 다이빙에서 중요한 달톤의 부분압력 법칙, 향수 냄새가 퍼지는 과정의 그레이엄 확산 법칙, 탄산음료 제조에 활용되는 헨리의 용해도 법칙까지, 기체 과학이 얼마나 실용적인 지식인지 깨닫게 됩니다. 폐포에서의 기체 교환, 온실가스의 지구 온난화 메커니즘, 연료전지의 작동 원리 등 생명 현상과 환경 문제까지 포괄적으로 다룹니다.

현대 첨단 기술 분야에서 기체 법칙이 어떻게 활용되고 있는지 살펴보며, 과학 지식의 미래 가능성을 탐색할 수 있습니다. 반도체 제조 공정의 화학기상증착, 기체 크로마토그래피를 이용한 환경 오염 물질 검출, 액화천연가스 기술, 진공 기술의 우주 개발 응용 등 기체 과학이 현대 문명을 떠받치는 핵심 기술들의 기초가 되고 있음을 확인합니다. 플라즈마 상태까지 확장된 기체 개념이 형광등, 핵융합 연구, 우주 현상 이해에 어떻게 기여하는지 배우며, 나노 기술과 극한 조건 연구에서 새롭게 발견되는 기체 현상들을 통해 과학의 무한한 발전 가능성을 엿볼 수 있습니다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 분자 운동 모델링까지 다루어 현대 과학 연구 방법론도 이해하게 됩니다.

목차

1. 기체란 무엇인가
2. 기체의 압력과 측정
3. 온도와 기체의 관계
4. 기체의 부피와 몰 개념
5. 보일의 법칙 발견
6. 샤를의 법칙과 열기구
7. 게이뤼삭의 압력 법칙
8. 아보가드로의 위대한 가설
9. 이상기체 방정식의 탄생
10. 기체의 밀도와 분자량
11. 달톤의 부분압력 법칙
12. 기체의 확산과 삼출
13. 그레이엄의 확산 법칙
14. 기체 운동론의 이해
15. 실제기체와 반데르발스
16. 기체의 액화와 임계점
17. 기체 용해도와 헨리 법칙
18. 기체 반응의 화학량론
19. 대기압과 기상 현상
20. 기체 크로마토그래피 원리
21. 진공과 기체의 성질
22. 기체와 플라즈마 상태
23. 온실효과와 기체 분자
24. 호흡과 기체 교환
25. 연료전지와 기체 반응
26. 산업 공정 속 기체 법칙
27. 기체 법칙의 통합과 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.