자그마한 씨앗이 커다란 나무로 자라나는 마법
화학반응이 이뤄내는 경이로운 변화 속으로
프로판가스는 빠르게 확 연소하고 숯은 시간을 들여 천천히 연소한다. 한편 돌이나 유리는 연소하지 않는다. 부엌칼의 쇠는 녹슬어도 열이 나는 것처럼 느껴지지 않는데, 일회용 회로 속에 들어 있는 쇠가 산화될 때에는 따뜻함이 느껴진다. 물질에 따라서 화학 변화가 일어나기 쉬운 것, 어려운 것이 있는 것은 어째서일까? 이 책은 화학의 ‘기초의 기초’인 화학반응이란 무엇인가, 물질이 결합하거나 분리하거나 하는 것은 어떤 메커니즘으로 일어나는가를 알기 쉽게 해설한다. 화학을 싫어하는 사람도 화학의 재미를 찾아볼 수 있도록, 화학반응을 머릿속에서 그려볼 수 있도록 이끄는 책이다.
1장 물체는 변화한다
만물은 유전(流轉)한다
부패하는 것과 부패하지 않는 것
철은 연소하는가
2장 물질의 정체
1. 연금술
2. 원소
3. 원자
4. 화합물과 분자
5. 원자량과 분자량
6. 몰(mol) 이야기
3장 프로판가스는 왜 연소하는가 - 화학변화란
1. 프로판가스가 연소할 때
2. 물질은 불멸한다
3. 숯은 왜 천천히 연소하는가
4. 연소와 폭발
5. 자연의 흐름
4장 철은 연소하지 않는가 - 화학반응 발생의 용이성
1. 연소의 용이성
2. 분자의 충돌과 화학반응
3. 분자 충돌의 용이성
4. 빠른 반응
5. 느린 반응
5장 순간적으로 빛나는 플래시벌브 - 반응이 어떻게 진행되는가(속도론)
1. 화학반응의 메커니즘
2. 반응 속도의 비교
3. 반응 속도는 바꿀 수 있는가
4. 화학반응의 재편성
5. 화학반응의 종류
6장 자운영(紫雲英)의 비밀 - 반응은 어디까지 진행하는가(평형론)
1. 유기농법
2. 평형 반응
3. 평형 상태로부터의 벗어남
4. 촉매는 화학반응의 속도를 빠르게 한다
7장 일회용 난로는 왜 따뜻해지는가 - 열화학반응
1. 화학반응으로 열이 발생한다
2. 화학 에너지
3. 다시 화학반응 발생의 용이성에 대하여
8장 자라는 삼나무와 부패하는 죽은 나무 - 엔트로피(...난잡성)
1. 컵에 떨어진 한 방울의 먹물
2. 부패하는 죽은 나무와 자라는 나무-고립계의 반응
3. 용광로에서 나오는 철과 녹스는 철-개방계의 반응
4. 에너지는 흔적 없이 사라지지 않는다
5. 열과 일-폐쇄계에서의 반응
9장 살아 있는 것의 비밀 - 촉매의 효능
1. 음식물과 생명
2. 효소의 불가사의한 기능
3. 우리 주변에서도 이용되고 있는 촉매
후기
바닷물도 ‘온종일 너울너울’하여 아무것도 일어나고 있지 않는 것처럼 보이지만 그것은 표면만의 일이다. 아마존강이나 양자강처럼, 육지로부터 암석을 풍화시킨 대량의 탁한 물이 밤낮 쉴 새 없이 바다로 흘러들어 간다. 그럼에도 불구하고 바닷물의 주요 성분은 과거 수억 년 동안 거의 바뀌지 않고 있다. 이는 대륙에서 해수로 흘러들어 간 미네랄 성분이 바닷물 속에서 복잡한 화학변화를 일으켜서 밑바닥에 침전되고 있음을 의미한다. 조용한 바닷속에서도 눈에 보이지 않는 곳에서 굉장히 큰 규모와 속도로 화학반응이 진행되고 있다. _10쪽
물은 아무리 순수해도 다시 산소와 수소로 분해할 수 있고, 그 결합 비는 1:2(산소:수소)이기 때문에 원소가 아니고 화합물이다. 산소, 수소는 더 이상 간단히 할 수 없기 때문에 원소이다. 화합물의 종류는 많다(400만 종). 이것은 알파벳의 영문자와 단어와의 관계와 흡사하다. 알파벳의 영문자는 불과 26자이지만 그 조합으로 만들어진 단어의 수는 수천만 개다.
물질세계를 구성하는 물질은 모두 이 원소로부터 만들어졌다. 불과 100종이 채 못 되는 원소의 조합으로 물질세계를 구성하는, 무한이라고 말할 수 있는 화합물이 완성된 셈이다. _23쪽
원자 간 결합의 재편성이 일어나는 것을 화학변화라 말하고, 화학변화의 과정을 화학반응이라 부른다.
커다란 바위를 분쇄하여 작은 모래로 만드는 과정은 암석을 구성하는 원자 간의 결합 상태에는 변화가 없기 때문에 화학변화는 아니다. 암석의 형태가 바뀌는 것뿐이기 때문에 이것은 물리변화이다. 얼음이 녹으면 물이 된다. 이 경우도 물 분자를 구성하는 산소-수소 간의 결합에는 변화가 없기 때문에 얼음의 용해는 물리변화이고 화학변화는 아니다. _53쪽
고기의 주성분은 단백질이다. 우리가 먹은 고기도 위장 속에서 효소에 의해서 가수분해되어 단백질의 구성 요소인 아미노산으로 바뀐다. 아미노산은 체내에 흡수되어 혈액에 의해서 말단 세포까지 운반된다.
말단 세포에서는 글루코오스와 마찬가지로 혈액으로 운반된 산소에 의해서 산화되어 에너지원이 된다. 또 일부 아미노산은 별개의 효소에 의하여 연결되어 새로운 단백질이 되고 우리 육체의 성장 재료가 된다. 이것들은 모두 효소를 촉매로 하는 화학반응에 의한 것이다. _139쪽
19세기에 들어와서 유럽에서는 산업혁명에 수반하여 인구에 폭발적으로 증가해서 식량의 증산은 불가피한 문제가 되었다. 그 식량의 증산에 가장 필요한 것이 질소 비료였다.
당시 자운영 등의 자연농법으로는 도저히 그 수요를 감당할 수 없었고, 그렇다고 해서 도시가스 공장 등에서 부산물로서 얻어지는 황산암모늄(유안비료)도 양적으로 보잘것없었으며, 단지 하나 의지할 것은 남미의 칠레에서 수입되는 칠레초석(질산나트륨)뿐이었다. 그러나 칠레초석은 고대 바닷새의 분변이 퇴적하여 생긴 것이기 때문에 많이 있는 것은 아니다.
이러한 사정에 있었기 때문에 공기 중의 질소를 비료로 이용할 수 있는 화합물로 바꾸는 연구는 당시의 유럽에서는 최우선의 연구 테마였다. _165쪽
우선 고기에 대하여 생각해 보자. 고기의 주성분은 단백질이다. 그러나 비프스테이크를 먹었다고 해서 비프스테이크의 단백질이 그대로 소화기로부터 흡수되어 우리 몸의 근육이 되는 것은 아니다. 쇠고기의 단백질과 사람의 근육 단백질은 그것들을 구성하는 아미노산의 조상이나 결합의 순서가 다르다. (중략)
우리가 먹은 비프스테이크는 소화기 안에서 그 구성 요소인 약 20종의 아미노산으로 뿔뿔이 분해된다. 분해된 아미노산은 소화기에서 흡수되어 혈액의 흐름에 실려 각 세포...에 분배된다. 세포에는 세포핵이 있고, 이 핵 속에 어떠한 아미노산이 연결되어 그 세포의 단백질이 만들어지는가 하는 설계도가 유전자로서 계승되어 있다.
각각의 세포는 혈액으로 운반되어 온 아미노산 중에서 설계도에 지시되어 있는 아미노산을 골라내어 가장 끝의 아미노산부터 하나하나 아미노산을 연결하여 하나의 단백질을 완성한다. _228~229쪽
우에노 게이헤이 [저]
일본 구마모토시에서 출생했다. 규슈대학 공학부 응용화학과 졸업했다. 도진(同仁) 약화학연구소 및 규슈대학 공학부 교수, 규슈대학 명예교수, 구마모토공업대학 공업화학과 교수로 일했다. 일본분석화학회 회장을 역임했다. 일본분석화학회 학회상, 일본화학회 학회상, 자수포장(紫綏褒章)을 수상했다. 전공인 분석화학, 착체화학 분야에서 다수의 논문을 발표했고 『분리의 과학』, 『우리 주변의 화학물질』 등의 저서를 집필했다.
임승원 [저]
서울대학교 공과대학 화학공학과를 졸업했다. ㈜럭키 공장장, 럭키엔지니어링(주) 이사를 역임했다. 역서로는 『신기한 화학매직』, 『수학·아직 이러한 것을 모른다』, 『괴델 불완정성 정리』, 『생명과 장소』 등이 있다.
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