[목 차]
차례
머리말 •5
1. 화학이란 무엇일까? •10
화학과 물리학과의 차이 •12
화학과 화학공학의 차이 •14
화학과 생명과학의 관계 •16
화학과 신소재공학의 차이 • 18
화학과 고분자공학의 차이 • 19
화학과 인근 학문과의 관계 • 21
반도체 생산에 화학, 물리, 신소재공학, 화학공학의 역할 •23
2. 화학에 사용되는 단위와 개념들 • 27
길이 단위 • 28
부피 단위 • 30
무게와 비중 • 32
액체들이 비중이 달라도 섞이는 이유 • 33
기체의 비중 • 34
농도 • 35
온도 • 36
열량 • 37
비열과 열전도율 • 38
물질의 물리적 성질과 화학적 성질 • 39
물리적 변화와 화학적 변화 • 40
화합물과 혼합물 • 41
3. 화학의 시작 • 43
화합물 이름 부르기 • 45
산화물 이름 부르기 • 47
염화물 이름 부르기 • 48
산 이름 부르기 • 49
유기화합물에 이름 붙이기 • 51
원소들과 친해지기 • 52
4. 원소, 원자, 분자 • 99
원자의 구조: 텅 비어 있지만 질서를 가진, 상상보다 더 작은 세계 • 101
주기율표를 만든 멘델레예프: 화학의 질서를 처음으로 꿰뚫어 본 사람 • 104
원자 내부에서 전자의 배치를 알려주는 오비탈 • 106
원자의 에너지 준위, 즉 원자 껍질들에 존재할 수 있는 오비탈 • 111
에너지가 낮은 준위부터 전자가 채워진다 • 113
오비탈의 개념을 간단히 설명하겠습니다 • 116
주기율표 만들기 • 117
주기율표에서 알 수 있는 것 • 120
주기율표 외우기 • 122
동위원소 • 125
반감기 • 129
5. 화학결합 • 132
이온 결합 • 133
공유 결합 • 134
배위 결합 • 137
금속 결합 • 138
원자가 전자수 • 139
루이스 점 기호 • 141
6. 물질의 상태 • 143
고체 • 143
액체 • 144
기체 • 144
플라스마 • 145
7. 화학의 법칙들과 몰(mole) • 146
질량 보존의 법칙 • 147
일정 성분비의 법칙 • 148
배수 비례의 법칙 • 150
몰(mole) • 151
8. 화학식 • 153
실험식 • 154
분자식 • 156
구조식 • 157
시성식 • 160
9. 주기율표에서 알 수 있는 원소의 화학적 성질 • 162
전기 음성도 • 162
이온화 에너지 • 163
원자 반지름 • 165
주기율표와 금속, 비금속, 준금속의 관계 • 166
10. 화학 결합 에너지 • 168
이온 결합 에너지 • 168
공유 결합 에너지 • 169
금속 결합 에너지 • 170
11. 분자 간의 힘 • 172
반데르발스 힘 • 172
수소 결합 • 174
이온-쌍극자 상호 작용 • 175
이온-유도 쌍극자 상호 작용 • 175
12. 화학 반응식의 작성 • 177
화학 반응식의 구성 요소 • 177
화학 반응식 작성 규칙 • 178
메탄 연소 반응을 화학 반응식으로 작성하기 • 178
알짜 이온 반응식 • 179
13. 화학반응 • 181
14. 산화-환원 반응 • 184
산화수 • 186
우리 몸속의 산화-환원 반응 (활성 산소와 항산화제의 작용) • 189
배터리 속 화학: 산화-환원 반응으로 만드는 에너지 • 192
사진 현상 속 숨겨진 화학 마법: 은 화합물의 산화-환원 반응 • 194
환경 문제와 산화-환원 반응 • 195
15. 산과 염기 • 198
pH• 199
산 • 201
염기 • 203
16. 중화 반응 • 206
제산제의 작용 원리: 속쓰림 완화의 비밀 • 207
산성 폐수의 중화 처리 • 208
산성 토양의 중화 • 210
17. 용액 • 212
용해도 • 213
몰 농도, 질량 백분율, 몰랄 농도 • 214
증기압과 용액의 증기압 낮아짐 • 216
끓는점 상승 • 218
삼투압 • 219
18. 화학 반응 속도 • 222
반응 메커니즘 • 224
촉매 • 226
화학 평형 • 229
19. 유기 화학 • 233
시그마(σ) 결합과 파이(π) 결합 • 233
탄화수소 • 236
방향족 화합물 • 238
작용기를 포함하는 탄소 화합물 • 239
20. 유기 반응 • 243
첨가 반응 • 243
치환 반응 • 245
제거 반응 • 248
21. 중합반응 • 250
첨가 중합 • 250
배위 중합 • 257
축합 중합 • 258
리빙 중합 • 260
22. 기체의 움직임 • 262
기체의 일반적인 성질 • 263
기체의 압력 • 264
에너지 균등 분배 법칙과 운동 에너지 • 265
보일의 법칙 • 266
샤를의 법칙 • 268
아보가드로의 법칙 • 269
아보가드로 수와 아보가드로 부피 • 270
보일의 법칙, 샤를의 법칙, 아보가드로의 법칙이 실제 기체와는 다른가? • 271
이상 기체 상태 방정식 • 272
물 분자는 액체 상태에서 기체로 될 때 크기가 커지는가? • 273
기체가 쉽게 액체가 되지 않는 이유 • 275
기체 혼합물 • 276
23. 물리화학 • 277
열역학 기본 개념 • 278
열역학 제1법칙과 엔탈피 • 279
엔트로피와 열역학 제2법칙 • 283
열역학 제3법칙 • 286
열역학의 중요성 • 287
24. 전기화학 • 289
전기화학의 기본 원리 • 290
전기화학의 종류 • 291
25. 결정화학 • 293
입방정계 •295
정방정계 • 297
사방정계 • 298
육방정계 • 299
삼사정계 • 301
단사정계 • 302
삼방정계 • 304
결정 구조와 화학 결합의 관계 • 306
결정 성장과 결정화 • 308
맺음말 • 313
[본 문]
화학은 우리 주변의 모든 것을 이루는 물질의 성질과 변화를 연구하는 학문입니다. 우리가 숨 쉬는 공기, 마시는 물, 사용하는 세제, 입는 옷, 복용하는 약 등, 이 모든 것은 물질로 구성되어 있으며, 그 속에는 화학이 숨어 있습니다.
화학은 세상을 구성하는 가장 작은 단위인 원자와 분자에서 출발합니다. 이들은 마치 레고 블록처럼 다양한 방식으로 결합하여 수많은 물질을 만들어 냅니다. 레고 블록 몇 개만으로도 자동차, 성, 우주선을 만들 수 있는 것처럼, 원자들을 조합하는 방식에 따라 물질의 성질은 완전히 달라집니다. 그 성질이 어떻게 나타나는지, 어떤 조건에서 어떻게 반응하고 변화하는지를 탐구하는 것이 바로 화학입니다.
10쪽
● 오비탈이란 무엇인가?
오비탈은 전자가 있을 확률이 높은 3차원 공간이라고 이해하면 됩니다. 전자는 특정 위치에 고정되어 있지 않지만, 일정한 에너지 상태에서는 주어진 형태의 오비탈 내에 존재할 가능성이 높습니다. 이 오비탈은 단순한 공간 개념을 넘어, 전자의 에너지 상태와 움직임, 화학적 성질까지 반영한 수학적·물리적 모형입니다.
여기서 주의해야 할 점은 ‘모형’이라는 표현입니다. 과학에서 모형이란 절대적인 진리를 뜻하는 것이 아니라, 복잡한 자연현상을 더 쉽게 설명하고 예측하기 위한 설명 도구입니다. 즉, 오비탈은 전자를 완벽히 묘사한 실체가 아니라, 전자의 행동을 이해하기 위한 과학자들의 계산과 경험에 기반한 합리적 추론이라 할 수 있습니다.
106-107쪽
화학 반응식의 구성 요소
1. 반응물은 반응에 참여하는 물질로, 화살표 왼쪽에 표시합니다.
2. 생성물은 반응 결과로 생성되는 물질로, 화살표 오른쪽에 표시합니다.
3. 화살표 (→)는 반응의 진행 방향을 나타냅니다.
4. 계수는 화학식 앞에 쓰여 반응에 참여하는 분자 또는 원자의 수를 나타냅니다.
5. 상태 표시는 물질의 상태를 나타내는 기호로, (s)는 고체, (l)는 액체, (g)는 기체, (aq)는 수용액 상태를 의미합니다.
화학 반응식 작성 규칙
1. 정확한 화학식을 반응물과 생성물에 사용합니다.
2. 반응물과 생성물 사이에 화살표(→)를 넣습니다.
3. 반응 전후에 원자의 종류와 수가 같도록 계수를 조정합니다.
4. 필요시, 물질의 상태를 화학식 뒤 괄호 안에 표기합니다
177-178쪽
아보가드로의 법칙은 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체는 종류에 상관없이 같은 수의 분자를 포함한다는 내용을 담고 있습니다. 다시 말해, 기체의 종류가 다르더라도 온도와 압력이 같다면 동일한 부피 안에 들어 있는 분자의 수는 같다는 뜻입니다.
이 법칙은 수식으로 V/n = k로 표현되며, 여기서 V는 부피, n은 몰수, k는 상수입니다. 즉, 부피를 몰수로 나눈 값이 모든 기체에서 일정하게 유지된다는 의미입니다.
269쪽
누구나 쉽게 이해할 수 있는 화학 이야기
이 책은 대학생이나 일반 독자들이 대학 수준의 일반화학 내용을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 쓰였습니다. 화학은 자연을 구성하는 물질의 본질과 그 변화 과정을 탐구하는 학문으로, 수학과 물리와 더불어 자연과학의 기본 축을 이루는 핵심 학문입니다. 우리가 숨 쉬는 공기, 마시는 물, 먹는 음식, 사용하는 제품들까지―일상 속 거의 모든 것이 화학의 원리에 기반하고 있으며, 이는 우리가 화학을 공부해야 하는 분명한 이유이기도 합니다.
화학은 산업의 기반이자, 현대 문명을 가능하게 한 핵심 기술이기도 합니다. 오늘날 생산되는 대부분의 제품은 화학 반응과 원리를 통해 만들어지며, 산업 현장에 참여하고자 한다면 물질의 구조와 반응에 대한 기본 이해가 필수적입니다. 대학에서 이공계 학생들에게 일반화학을 가르치는 이유도, 이러한 화학의 본질을 이해함으로써 산업 현장을 이해하고, 나아가 미래 기술의 발전을 준비할 수 있도록 하기 위한 것입니다.
이 책은 기존의 일반화학 교재가 지나치게 방대한 범위와 복잡한 계산으로 인해 핵심 개념을 파악하기 어렵다는 문제의식을 바탕으로, 반드시 이해해야 할 핵심 개념과 실생활에서 접할 수 있는 사례 중심으로 내용을 구성하였습니다. 따라서 화학 반응의 원리와 물질의 구성에 대한 깊이 있는 이해를 목표로 하되, 초심자의 학습을 방해할 수 있는 복잡한 계산식은 과감하게 배제하였습니다. 실제로 대부분의 화학 계산은 초등학교 수준의 수학으로도 충분하며, 실무에서는 상황에 따라 필요한 계산만 선택적으로 배우는 것이 오히려 더 효과적이기 때문입니다.
또한, 이 책은 일상생활과 뉴스에서 자주 등장하는 화학 정보를 우선적으로 다루고, 화학이 우리 삶과 어떻게 연결되는지를 실감할 수 있도록 구성하였습니다. 원자의 구조, 화학 결합, 열역학, 전기화학, 생화학 등 광범위한 주제를 아우르면서도 자연스럽게 화학의 개념을 익힐 수 있도록 했습니다.
화학은 단순한 암기의 대상이 아니라, 논리적 사고와 추론이 필요한 학문입니다. 따라서 본서는 개념 중심의 학습을 지향하며, 이공계 학생뿐만 아니라 문과생과 일반인들도 충분히 이해하고 활용할 수 있도록 구성하였습니다. 일반화학의 입문서로서, 본서는 화학의 세계로 들어가는 첫 관문이자, 여러분의 과학적 사고 능력을 키워주는 안내서가 될 것입니다.
-저자 머리말 중에서-
화학은 세상을 바꾸는 힘이다
이 책에서 저자는 화학의 기본 원리와 그것이 실제 삶과 어떻게 연결되는지를 다뤘습니다. 화학은 실험실에 머무는 지식이 아니라, 환경·에너지·의약·산업 등 실생활 전반에 적용되는 핵심 도구입니다. 지속 가능한 사회를 위해서도, 기술과 정책을 설계하기 위해서도 화학적 이해는 필수이며, 그 변화를 이끌 사람은 화학을 배운 독자 여러분입니다.
화학은 세상을 바꾸는 힘이고, 그 힘이 이제 여러분 손에 있습니다.