청소년을 위한 교양 물리학: 원자 모형

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 21일 출간

작품소개

책소개

물질을 계속 나누면 무엇이 남을까라는 단순한 질문에서 시작된 원자 개념은 인류 문명을 바꾼 가장 중요한 과학적 발견 중 하나입니다. 이 책은 고대 그리스 철학자 데모크리토스가 처음 제시한 원자론부터 현대 양자역학에 이르기까지, 원자 모형이 어떻게 발전해왔는지를 25개의 장에 걸쳐 체계적으로 다룹니다. 각 시대의 과학자들이 어떤 실험을 통해 원자의 비밀을 하나씩 밝혀냈는지, 그리고 그들의 발견이 어떻게 우리의 세계관을 근본적으로 바꾸어놓았는지를 구체적인 사례와 함께 설명합니다.

돌턴의 원자설에서 시작하여 톰슨의 전자 발견, 러더퍼드의 원자핵 발견에 이르는 여정은 마치 탐정소설처럼 흥미진진합니다. 특히 러더퍼드의 금박 실험에서 알파 입자가 예상과 다르게 튕겨 나가는 현상을 관찰한 순간은 과학사의 가장 극적인 장면 중 하나였습니다. 이후 보어가 양자 개념을 도입하여 전자의 궤도를 설명하고, 하이젠베르크가 불확정성 원리를 발견하며, 슈뢰딩거가 파동방정식으로 원자 구조를 완벽하게 기술하기까지의 과정은 20세기 물리학 혁명의 핵심이었습니다. 각 과학자들의 창의적 사고와 정교한 실험 설계를 통해 독자들은 과학적 발견의 진정한 의미를 이해하게 됩니다.

현대 양자역학이 완성한 원자 모형은 더 이상 행성이 태양 주위를 도는 것 같은 단순한 궤도가 아닙니다. 전자는 확률적 구름 형태로 존재하며, 스핀이라는 고유한 성질을 가지고, 파울리 배타원리에 따라 배치됩니다. 이러한 양자역학적 개념들은 처음에는 어렵게 느껴질 수 있지만, 책에서는 구체적인 비유와 일상생활의 예시를 통해 이해하기 쉽게 설명합니다. s, p, d, f 궤도의 모양과 특성, 전자배치 규칙, 그리고 이것들이 주기율표와 어떻게 연결되는지를 알아가는 과정에서 독자들은 물질 세계의 근본 원리를 깨닫게 됩니다.

오늘날 우리가 사용하는 스마트폰의 반도체, 의료진단에 쓰이는 방사성 동위원소, 그리고 미래 기술인 양자컴퓨터까지 모든 것이 원자 모형에 대한 이해를 바탕으로 합니다. 이 책은 단순히 과거의 과학사를 나열하는 것이 아니라, 원자 모형이 현재와 미래의 기술 발전에 어떻게 활용되고 있는지도 보여줍니다. 중학생도 이해할 수 있는 쉬운 설명과 풍부한 실생활 사례를 통해, 독자들은 미시 세계의 놀라운 원리가 거시 세계의 모든 현상을 지배한다는 사실을 깨닫게 될 것입니다. 이는 과학에 대한 새로운 관점을 제공하며, 우리가 살고 있는 세상을 더 깊이 이해하는 계기가 됩니다.

목차

1. 원자의 발견과 개념의 시작
2. 데모크리토스와 고대 원자론
3. 돌턴의 원자설과 과학 혁명
4. 아보가드로와 분자 개념의 등장
5. 멘델레예프와 주기율표의 비밀
6. 캐서드선과 전자의 발견
7. 톰슨의 푸딩 모형과 초기 원자상
8. 밀리컨의 기름방울과 전자 측정
9. 러더퍼드의 금박 실험 대발견
10. 러더퍼드 원자 모형의 탄생
11. 보어의 수소 원자 모형 혁신
12. 에너지 준위와 양자 도약
13. 드브로이의 물질파 개념
14. 하이젠베르크 불확정성의 원리
15. 슈뢰딩거 파동방정식의 등장
16. 양자역학적 원자 모형의 완성
17. 궤도함수와 전자구름 분포
18. 스핀과 파울리 배타원리
19. 전자배치와 훈트 규칙
20. 주기율표와 원자구조의 관계
21. 이온화에너지와 전자친화도
22. 공유결합과 궤도 혼성화
23. 분자궤도 이론의 이해
24. 원자분광학과 스펙트럼 해석
25. 현대 원자모형의 실용적 응용

인물정보

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.