화학 캠프

책 소개

화학이란 무엇인가 좁은 의미에서 말하면 화학은 원소와 그 원소들이 만드는 화합물을 연구하는 학문이다. 하지만 좀 더 넓게 보면 화학은 일상생활의 과학이자, 세계를 이루는 물질 전체를 취급하 는 학문이다. 또한 우리 개개인으로 하여금 어떻게 하면 물질을 효과적으로 변화시킬 수 있는지를 가르쳐주기도 한다. 그래서 화학은 과거 우리 조상들에게는 마법처럼 비치기도 했는데, 화학이 가진 그러한 환상적인 측면은 오늘날에도 여전히 힘을 잃지 않고 있다. 사람들은 대개 ‘화학’이라는 말을 들으면 시험관이나 분젠버너, 실험실의 하얀색 가 운, 코를 찌르는 이상한 냄새, 막연한 폭발 의 가능성 등을 먼저 떠올리게 된다. 학창 시절에 접한 화학에 관한 짧은 지식들이 그런 심상들을 고착시켰을 것이다. 하지만 이런 단편적인 이미지만으로는 화학을 제 대로 이해할 수 없다. 여러분은 앞으로 이 책을 읽어나가면서 화학의 진면목을 느끼 게 될 것이다. 화학이 인류의 삶을 얼마나 변화시켰는지, 인간의 문명에 얼마나 기여 했는지, 또한 화학이 과거 신비주의자나 마법사들의 상상력을 얼마나 사로잡았는 지, 역사상 위대한 사상가와 과학자들에게 얼마나 많은 영감을 불어넣었는지를 알게 될 것이다. 이 책은 화학의 가장 기초적인 개념에서부터 심오한 물질의 법칙에 이르 기까지 명쾌하고 간결하게 설명할 것이다. 따라서 여러분이 화학에 대해 아무것도 모 른다고 해도 지레 겁을 먹을 필요는 없다. 단지 모험심과 호기심만 있으면 충분하다. 괴짜에다 비범한 인물들을 만나는 즐거움 을 누리기도 할 것이고, 빵은 왜 부풀어 오 르는지, 얼음은 왜 둥둥 떠다니는지, 도마 뱀은 어떻게 물 위를 걸어 다닐 수 있는지 등 신기하고 기이한 세계도 만나게 될 것 원자, 원소, 분자, 화합물 우선 화학을 이해하기 위한 매우 기초적인 용어와 개념 몇 가지를 알아보자. 화학에서 자주 등장하는 용어 두 쌍이 있는데, ‘원자 atom’와 ‘분자molecule,’ ‘원소element’와 ‘화합 물compound’이다. 이들은 서로 어떻게 다를 까? ‘원자’는 물질을 이루는 가장 작은 단 위이고, ‘분자’는 두 개 이상의 원자들이 서 로 화학적으로 결합돼 있는 것이다. 그리고 ‘원소’는 가장 순수한 형태의 물질이다. 즉 하나의 원소는 단 하나의 성분으로 이루어 져 있다. 현재까지 알려진 원소의 가짓수는 총 118개이다. ‘화합물’은 두 개 이상의 서 로 다른 원소들이 결합해서 이루어진 물질 을 말한다. 또한 원소는 원자들로 이루어지 며, 하나의 원소를 구성하는 원자들은 모두 동일하다. 예를 들어 원소인 탄소를 이루는 원자들은 모두 똑같은 탄소 원자인 것이다. 하지만 어떤 원소들은 분자 상태에서만 존 재할 수 있다. 이를테면 순수한 형태의 산 소 기체는 원자 두 개가 결합한 분자 상태 로만 자연에 존재할 수 있다. 다시 말하면 산소 기체는 산소 원자가 아무리 많이 모여 도 존재할 수가 없고 그 원자들이 결합해 산소 분자를 이루어야만 기체 상태로 있게 되는 것이다. 분자나 화합물이 만들어지기 위해서 는 원자와 분자들 사이에서 화학 반응이 일어나야 한다. 원자와 분자는 화학 반응 이 일어나는 동안 상호 작용을 통해 서로 위치와 배열을 바꾸거나 결합하는 방식 을 바꾸게 된다. 예를 들어 탄소와 산소가 화학 결합을 통해 이산화탄소를 형성하 는 과정을 살펴보면, 탄소 원자(탄소는 원자 상태로 존재할 수 있다)가 산소 분자(산소 기체 는 분자 상태로만 존재한다)와 상호 작용해서 이산화탄소 분자를 만들어 내는 것이다. 현자의 돌을 찾아서 화학에 관한 지식은 보통 사람들이 생각하 는 것보다 훨씬 빠른 속도로 시시각각 불 어난다. 자연적으로 존재하거나 인위적으 로 만들어 낸 것을 모두 포함해 현재까지 알려진 화학물질의 가짓수는 800만 개가 넘는다. 1965년만 해도 과학자들이 파악한 화학물질의 수가 50만 개에 불과하다는 것 을 생각하면 엄청난 증가 속도이다. 하지 만 사실 50만 개라고 해도 불과 200여 년 전의 화학자들은 도저히 상상할 수도 없었 던 까마득한 숫자이다. 화학은 이처럼 광 범위한 물질을 다루기 때문에 연구 분야도 다양하지만 이 책에서는 주로 무기화학inorganic chemistry에 초점을 맞춰 설명해 나갈 것 이다. ‘무기화학’은 탄소 및 탄소화합물을 제외한 모든 원소들을 다루는 분야이다. 그러나 일부 간단한 탄소화합물, 즉 이산 화탄소와 탄산칼슘(석회암의 주성분이다)은 무기화학에 포함된다. 그래서인지 화학의 역사를 다룬 책들 은 주로 무기화학에 초점을 맞춰 왔다. 화 학에 얽힌 스토리도 크게 보면 한 가지로 수렴된다. 그 스토리라는 게 또한 엄청나 다. 인간의 사고가 걸어온 장대한 모험의 과정에서 한 축을 맡아 온 화학의 발전 과정을 들여다보면 인간의 탐욕과 집착, 무모함과 희 망, 영감에 관한 이야기로 가득 차 있다. 이 책을 한 장씩 넘기다보면 여러분은 바로 그런 이야기 들을 만나게 될 것이다. 이 책은 인류가 수천 년에 걸쳐 물질의 비밀 을 밝히고자 노력해 온 과정을 추적해 가는데, 가장 먼저 불과 요리에 관한 이야기로 시작할 것이다. 인간은 불을 이용해 요리를 하고 주변 환경을 통제하게 되면서부터 문명을 향해 걸음 마를 뗄 수 있었다. 이어 연금술의 발전을 살펴 본다. 이 시기는 ‘현자의 돌’과 불로장생의 영약 을 추구하면서 과학과 마법이 섞여 있던 시대였 다. 이 시대를 지나면 비로소 과학 혁명의 시대 가 도래한다. 과학적인 방법으로 무장한 화학자 들은 앞다투어 자연에 존재하는 다양한 원소들 을 찾아나서게 되고, 마침내 주기율의 발견에 다다른다. 주기율은 화학의 모든 분야에 이르는 지름길이자 열쇠라고 할 수 있다. 마지막으로 중세의 연금술사들이 그토록 오랫동안 꿈꿔왔 던 것, 즉 진정한 원소의 변환에 관한 이야기로 이 책은 마침표를 찍을 것이다. 이 지적인 여행 과정에서 수학이나 방정식의 사용은 최대한 자제하면서 화학의 핵심 개념들에 대해 친절하게 설명할 것이다. 또한 단계별로 등 장하는 연습 문제들은 화학의 원리를 보다 확실 하게 이해하게 도와 줄 것이다. 이런 과정을 통해 여러분은 원소에 숨은 언어를 해독할 수 있게 되 고, 나아가 자연이라는 책도 능통하게 읽어낼 수 있게 되리라고 확신한다.

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