청소년을 위한 교양 화학: 배위 화학

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 07월 05일 출간

작품소개

책소개

우리 몸 속을 흐르는 빨간 피 한 방울에는 철 원자를 중심으로 한 정교한 분자 구조가 숨어있다. 헤모글로빈이라 불리는 이 놀라운 화합물은 산소를 폐에서 온몸으로 운반하는 생명의 핵심 역할을 담당한다. 식물의 잎이 초록빛을 띠는 것도 마그네슘을 중심으로 한 엽록소 분자 때문이다. 이처럼 금속 원자가 다른 분자들과 특별한 방식으로 결합하여 만들어내는 화합물을 배위화합물 또는 착화합물이라고 부른다. 19세기 말 스위스의 화학자 알프레드 베르너는 이러한 신비로운 결합의 비밀을 최초로 밝혀내어 노벨화학상을 수상했다. 배위화학은 우리 주변 곳곳에 존재하며 생명 현상의 근본을 이해하는 열쇠가 된다.

배위화학의 핵심은 중심 금속 이온과 이를 둘러싸는 리간드라는 분자들 사이의 독특한 결합에 있다. 이 결합은 일반적인 공유결합과 달리 한쪽에서만 전자쌍을 제공하는 배위결합으로 이루어진다. 금속 이온 주변에 배치되는 리간드의 개수와 공간적 배열에 따라 정사면체, 정팔면체, 평면사각형 등 다양한 3차원 구조가 형성된다. 같은 분자식을 가지면서도 구조가 다른 이성체 현상은 시스플라틴과 같은 항암제에서 약효의 차이를 만들어낸다. 결정장이론은 리간드의 전기장이 중심 금속의 d궤도를 분할시켜 착화합물이 아름다운 색깔을 나타내는 원리를 설명한다. 이러한 과학적 원리들은 무기화학의 가장 정교하고 흥미로운 분야를 구성한다.

배위화학은 현대 의학과 산업 분야에서 혁신적인 역할을 수행하고 있다. 백금 착화합물인 시스플라틴은 암 치료의 핵심 약물로 사용되며, 가돌리늄 착물은 자기공명영상 촬영 시 조영제로 활용된다. 중금속 중독 환자에게는 킬레이트 요법을 통해 독성 금속을 체외로 배출시킨다. 산업 현장에서는 빌킨슨 촉매와 지글러-나타 촉매가 석유화학 공정의 핵심 기술로 자리잡았으며, 자동차 배기가스 정화장치에는 백금족 금속 촉매가 사용된다. 하버-보쉬 공정의 철 촉매는 질소와 수소로부터 암모니아를 대량 생산하여 현대 농업의 기반이 되는 비료 산업을 가능하게 했다. 이처럼 배위화학은 인류의 건강과 산업 발전에 직접적으로 기여하고 있다.

21세기 첨단 기술 분야에서 배위화학의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 고온 초전도체의 구리 산화물 구조와 유기발광다이오드의 이리듐 착물 발광체는 전자 산업의 혁신을 이끌고 있다. 태양전지용 루테늄 착물과 연료전지의 백금 나노입자 촉매는 청정 에너지 기술의 핵심 소재다. 금속유기골격체는 뛰어난 다공성 구조로 가스 저장과 분리 기술에 새로운 가능성을 제시한다. 환경 분야에서는 중금속 오염 토양 정화와 하천 수질 개선을 위한 철 착물 산화 공정이 활용되고 있다. 인공 광합성을 구현하기 위한 망간과 코발트 수분해 촉매 연구는 미래 에너지 문제 해결의 열쇠가 될 것이다. 배위화학은 지속가능한 미래 사회 건설을 위한 필수 학문 분야로 자리매김하고 있다.

목차

1. 배위화학의 신비로운 세계
2. 루이스가 밝힌 결합의 비밀
3. 리간드, 금속의 충실한 동반자
4. 착화합물 이름 짓기의 법칙
5. 3차원 공간 속 분자 건축학
6. 배위수가 결정하는 분자 모양
7. 같은 듯 다른 이성체의 마술
8. 킬레이트, 강력한 포옹의 힘
9. 결정장이론, 전자의 새 집
10. 팔면체 속 d궤도의 분할
11. 사면체 구조의 독특한 성질
12. 평면사각형의 특별한 세계
13. 무지개 색깔의 과학적 비밀
14. 자석에 끌리는 분자들
15. 안정성을 결정하는 열역학
16. 빠르고 느린 반응의 속도론
17. 생명 속에 숨은 금속 화학
18. 질병과 싸우는 금속 의약품
19. 산업을 이끄는 촉매의 힘
20. 정밀 분석의 화학적 도구
21. 첨단 소재 속 배위화학
22. 지구를 지키는 환경화학
23. 유기금속화학 입문의 길
24. 미래를 여는 신소재 연구

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.