화학의 언어를 이해하는 순간 새로운 눈이 열린다
주기율표, 화학 반응식, 이온, 밀도, 몰, 오비탈

“산소의 화학식(분자식)은 무엇일까?”라는 질문에 어떻게 답해야 할까? 대답하지 못하는 사람도 있겠지만, ‘O2’가 산소를 가리킨다는 것은 거의 모두가 알 것이다. 화학이 세상의 모든 물질 및 현상과 밀접하게 맞닿아 있는 학문인 만큼, 우리는 삶을 살아가면서 직감적으로 몇몇 화학 개념들을 어느 정도 체득하고 있다. 다만 화학의 표현법, 즉 언어를 제대로 구사하지 못해 화학 공부가 어렵다고 느끼는 것이다.
또 다른 질문에 대답해 보자. “물은 전기가 잘 통할까?” 당연한 말이라며 고개를 끄덕일 것이다. 하지만 원래 물은 전기가 통하지 않는 물질이다. 이것은 화학에서 배우는 이온화 현상과 관련이 깊다. 전기는 전자가 움직이면서 생기는 에너지이다. 즉 전기가 통하려면 전자가 이동을 해야 한다는 뜻이다. 그러나 순수한 물(H2O)은 수소와 산소가 ‘공유 결합’이라는 방식으로 결합한 물질이기 때문에 전자를 움직일 수 있는 물질이 없다.
그런데 왜 물에 젖은 손으로 코드를 만지면 위험하다거나, 비 오는 날에 감전사고를 조심하라는 등의 상식이 퍼진 것일까? 우리 주변에서 볼 수 있는 일반적인 물에는 그 속에 따로 전기를 통하게 해주는 이온이 녹아 있기 때문이다. 이처럼 물에 녹아서 전기를 통하게 만드는 물질을 전해질이라고 한다. 아마 구체적인 사실은 몰랐더라도 전해질이라는 용어는 한번쯤 들어봤을 것이다. 세상에는 ‘아는 줄 알았지만 사실은 모르는’ 일로 가득하다. 화학의 핵심 언어를 습득하고 구사하는 순간, 세상을 이해하는 완전히 새로운 눈이 활짝 열릴 것이다.

확실하게 이해하고 바로 써먹는 화학 핵심 개념과 원리
미래의 핵심 지식, 화학의 기초를 탄탄히 다진다!

세상은 그 어느 때보다 ‘화학 잘 아는 사람’을 요구하고 있다. 아주 먼 옛날부터, 인류 역사에 남을 혁신의 중심에는 늘 화학이 있었다. 지금도 다양한 분야의 연구·산업 현장에서 화학 지식은 창조성 및 생산성과 직결된 필수 역량으로 통한다. 하지만 화학에 흥미를 느끼고 공부하려는 사람은 좀처럼 늘지 않는다. 현실과 가장 밀접한 학문임에도 정작 화학을 배우는 학생들은 현실과 동떨어진 과목으로 생각하는 경우가 많다. 어릴 때부터 ‘화학은 쓸데없이 공부할 게 너무 많은 과목’이라는 인식이 퍼져 있기 때문일 것이다.
그러나 실제 화학의 모습을 보면 오히려 ‘써먹을 데가 너무 많은 과목’이라는 말이 더 어울린다. 당장 오늘 하루를 살펴봐도 세상은 온통 화학으로 뒤덮여 있다. 충치균을 억제하는 화학 성분으로 만든 치약으로 양치질을 하고 친수성과 소수성 성분이 결합한 계면활성제인 비누로 세수를 한다. 음식으로 비타민, 미네랄, 물, 엽산 등의 영양소를 섭취하고 체내에서 화학 반응을 일으켜 대사를 한다. 원유를 분별 증류로 분리한 휘발유를 써서 차를 타고 목적지에 도착하며, 때로는 탄소와 하이드록시기가 결합한 알코올을 들이켜기도 한다. 에틸렌의 중합 반응으로 만들어진 폴리에틸렌 플라스틱은 어느 집에서나 볼 수 있다. 이처럼 화학을 알지 못하고 살아간다는 것은 세상이 어떻게 존재하는지 모르는 채 눈을 감고 사는 것과 똑같다.
현재를 이해하는 것은 물론, 미래로 나아가는 열쇠를 쥔 화학의 핵심 개념을 쉽고 빠르게 익혀보자. 학교나 책에서 본 적은 있지만, 무엇을 의미하는지 제대로 몰랐던 화학 개념들을 확실하게 이해하고 써먹도록 도와준다. 내 주변을 둘러싼 모든 것을 새롭게 생각할 수 있는 중요한 계기를 마련해 줄 것이다.

들어가며: 화학과 케미를 만들어 볼래?

1장 원자와 분자: 우주를 만든 알갱이들
물질은 무엇으로 이루어져 있을까_원자
수소 대신 H라고 불러주세요_원소 기호
혼자보다 둘이 좋아_분자
원자가 짝을 찾는 방법_공유 결합
루이스 선생님이 알려주는 화학식_루이스 구조식
산소야, 전자 몇 개 필요해?_다중 결합
화학 물질의 표현, 어렵지 않아요_화학식
분자의 생김새 예측하기_전자쌍 반발 이론
분자 구조 찾아내기_메테인, 암모니아, 물 분자의 생김새
분자에도 +와 ？가 있다?_극성과 무극성
전자를 끌어당기는 힘_전기 음성도
사이좋은 물 분자들_수소 결합
행성만 궤도를 도는 게 아니야_선 스펙트럼
이곳에 전자가 존재할 확률은?_오비탈 모형
오비탈에 따라 달라지는 에너지_전자 에너지 준위
전자의 방 배정_원자의 전자 배치
케미 스토리) 모니터 화면 속의 양자 도약

2장 이온: 안정적인 원자 만들기
전자가 움직이면 입자가 생긴다_이온
이온은 어떻게 표현할까?_이온식
양이온과 음이온이 만나면_이온 결합
이온 결합 물질을 표현하는 법_이온의 화학식
숨어 있는 이온을 찾아라_앙금 생성 반응
전기가 통하지 않는 물_전해질
케미 스토리) 원소 기호, 이온, 앙금은 이렇게 외워보자!

3장 주기율표: 화학의 보물 지도
원소도 그룹이 있다_주기율표
가로세로로 살펴보는 주기율표_주기와 족
여긴 내 구역이야!_금속, 비금속, 준금속
원소계의 평화주의자_비활성 기체
원소계의 영원한 폭군_알칼리 금속
원소계의 2인자_알칼리 토금속
전자 하나만 주면 안 잡아먹지_할로젠
원자핵과 전자의 사랑 이야기_유효 핵전하
도토리 키 재기_원자 반지름
원자의 크기를 결정하는 것들_이온 반지름
원자와 전자의 이별 이야기_이온화 에너지
케미 스토리) 이온화 에너지의 예외성

4장 물질의 상태: 딱딱하거나, 흐르거나, 퍼지거나
물질의 세 가지 얼굴_고체, 액체, 기체
액체에서 기체로 변신!_끓는점
그래프로 보는 물질의 상태_상평형 그래프
눈에 보이지 않는 기체의 존재감_기체의 질량과 압력
이상한 기체라는 뜻이 아니야_이상기체
기체의 부피와 압력의 관계_보일의 법칙
기체의 온도와 부피의 관계_샤를의 법칙
기체의 운동 한눈에 살펴보기_이상기체 상태 방정식
밀도란 무엇일까?_밀도
얼음은 왜 물 위에 뜰까?_물과 얼음의 밀도
섞일 수 없는 운명, 물과 기름_친수성과 소수성
케미 스토리) 생활 속 밀도

5장 혼합물 이야기: 섞고 섞이는 것들의 비밀
끓는점으로 물질을 분리해 보자_분별 증류
밀도로 물질을 분리해 보자_밀도차
섞고, 거르고, 추출하고_용해도
검은색 사인펜에 파란 잉크가 들어 있다고?_크로마토그래피
숨은 원소 찾기_불꽃 반응과 스펙트럼
케미 스토리) 탄산음료의 양이 적은 이유

6장 화학 반응: 원소의 화려한 마술 쇼
과일 맛이 변했어요_화학 변화
화학 변화를 알려줄게_화학 반응식
화학 반응식 꾸미기_미정계수법
화학 반응식과의 숨바꼭질_반응식 속 정보 찾기
물질의 총질량이 항상 같은 이유_질량 보존 법칙
화합물을 만드는 비밀 레시피_일정 성분비 법칙
어차피 기체들은 다 똑같아_아보가드로 법칙
기체를 반응하게 만들려면_기체 반응 법칙
우리도 질량이 있다고_원자량, 분자량, 화학식량
몰이 뭔지 몰라?_몰(mol)
변신의 귀재 몰_몰과 질량, 부피의 관계
몰이 알려주는 용액의 농도_몰 농도(M)
반응물과 생성물의 에너지_엔탈피
결합을 끊으려면 에너지가 필요해_결합 에너지
느리게, 빠르게, 매우 빠르게_화학 반응 속도
케미 스토리) 원자력 발전은 안전할까?

7장 산과 염기, 유기물과 무기물: 이상하고 아름다운 원소의 성질
산성과 염기성이란?_산과 염기
산과 염기의 전투력 측정_pH
산과 염기가 싸우면 남는 것_중화 반응
생물의 근원은 무엇일까?_유기물
탄소의 결합을 더욱 간단하게_골격 구조식
탄소와 수소만으로 만들어진 물질_탄화수소
유기 화합물의 기본 물질_메테인과 에테인
이중 결합과 삼중 결합의 기본 물질_에틸렌과 아세틸렌
탄소 화합물은 무기 수집가_작용기
하이드록시기가 결합하면?_알코올
카보닐기와 하이드록시기가 만나면?_카복실산
기분 좋은 향기가 솔솔_방향족
사슬처럼 연결된 분자_고분자 플라스틱
DNA도 단백질이라고?_폴리펩타이드
케미 스토리) 미래의 신소재 풀러렌, 탄소 나노 튜브, 그래핀

부록: 솬쌤의 화학 원소 사전