생활 곳곳에 숨은 분자, 원리를 찾아라! 4차 산업혁명의 중요한 분야가 나노(분자의 크기를 나타내는 단위) 과학이다. 청소가 필요 없는 페인트, 방수는 하면서 땀은 배출하는 신소재, 가볍고 단단하며 변형이 일어나지 않는 신물질 등. 이 모든 것이 나노과학의 산물이다. 그리고 상당히 우리와 관련되어 있는 부분이 많다. 분자란 무엇인지, 어떻게 활용되고 있는지 확인해보자. 『원리를 찾아라 생활 속 분자』는 평소 의문을 갖거나 호기심을 느꼈던 많은 문제들을 분자와 분자의 운동으로 이해하고 재미있게 그 원리를 학습할 수 있다. 생활 속 과학에 대한 호기심을 높이고, 과학과 친해지는 계기가 되어준다. 분자와 분자 운동으로 물질의 세계를 이해하는 나노과학에 첫걸음을 내딛게 될 것이다.

저자 : 정관영 저자 정관영은 서울대학교에서 화학 및 화학교육을 전공하고 동대학원에서 석사 학위를, 미국 퍼듀 대학교에서 이학 박사 학위를 받았다. 고등학교 화학Ⅰ/ 화학 Ⅱ 교과서를 집필했으며, 현재 서울과학고등학교 화학 교사로 재직 중이다. 지은 책으로는 <탄소는 억울해!>가 있으며 한국과학창의재단 우수과학도서로 선정되었다. 그림 : 강은옥 그린이 강은옥은 대학에서 만화애니메이션을 전공하고 졸업 후 SI그림책학교를 수료하였다. 그린 책으로는 <얘들아, 학교를 부탁해!>, <누가 바나나를 가져갔을까?>, <오늘은 최고의 날>, <왕따 선거> 등이 있다.

◆ 물질의 모든 문제는 분자에 답이 있다 -세상에서 가장 냄새를 잘 맡는 코는 개 코일까? -버드나무 껍질과 아스피린이 갖고 있는 공통 성분은? -플라스틱을 썩게 하는 방법은? -면이 퉁퉁 불어 터지는 이유는? -요리사가 비커와 주사기를 든 이유는? -영어 단어가 분자라면 알파벳은 뭘까? ◆ 운동을 하는 분자 -바람은 공기 분자의 운동이다. -냄새가 퍼져 나가는 것은 냄새 분자의 운동 때문이다 -최초로 물 분자 운동을 실험으로 확인한 로버트 브라운 -증발은 액체의 표면에서만 일어나는 분자 운동이다 -온도계의 수은주가 오르는 것은 분자 운동으로 인한 열팽창 결과이다 ◆ 분자 간 인력이 강하면 끓는점이 높다 -동전 위에 물과 에탄올을 각각 몇 방울이나 떨어뜨릴 수 있을까? -물 분자 간 인력이 에탄올 분자 간 인력보다 높아 끓는점이 높다 ◆ 온도가 오르면 분자 운동이 활발해진다 -고체는 분자 운동이 가장 약하고 기체는 분자 운동이 가장 강하다. -전도와 대류에서는 분자 운동이 주변으로 직접 전달된다 -전자레인지는 마이크로파로 물 분자 운동을 가속화해서 온도를 높인다 ◆ 가장 흔한 물, 가장 특이한 물 분자 -고체가 액체보다 가벼운 물 분자의 특이성 -물 분자 간에 특별한 인력이 작용한다. ◆ 분자의 운동으로 설명되는 상태 변화 -온도는 물질을 이루고 있는 분자의 움직임을 숫자로 나타낸 것이다 -열에 의해 분자 간 간격이 가까워지고 멀어지며 고체, 액체, 기체로 변화한다 ◆ 분자 운동에는 열의 이동이 따른다 -아이스크림을 튀기는 방법 -열을 흡수하면 분자 운동이 활발해져 고체→액체→기체로 변화한다 -기체→액체→고체로 변화하면 분자 운동이 줄어들며 열을 방출한다 ◆ 분자의 운동에 영향을 미치는 온도, 압력, 부피 -기체에 압력을 가하면 분자 간 간격이 줄어들어 부피가 작아진다 -수증기 부피는 물 부피의 1,700배이다 -온도가 높아지면 분자 운동이 빨라지고 분자 간 간격이 커져 기체의 부피는 증가한다 -압력이 낮아지면 공기 분자 간 간격이 넓어져 공기 밀도가 낮아진다 -압력이 낮아지면 100℃가 되기도 전에 물 분자들이 분자 간 인력을 끊고 수증기 상태로 변화한다 -엘피 가스의 부피는 액체 상태가 기체 상태의 1/250이므로 액체 상태로 저장하는 것이 효율적이다 -드라이아이스는 항상 승화할까? -얼음이 미끄러운 이유 -탄산음료 캔 밑바닥이 오목하게 들어가 있는 이유 ◆ 분자의 혼합물, 혼합물의 분리 -혼합물 -라면을 맛있게 끓이는 방법 -화성에 소금물이 흐른다 -분자의 끓는점 차이를 이용하면 혼합물을 분리할 수 있다 ◆ 분자의 크기와 새로운 분자 물질 -나노 과학 -세차가 필요 없는 자동차 페인팅 -방수는 하되 땀은 배출하는 신소재 -가볍고 단단하며 변형이 일어나지 않는 나노 물질

“세상에서 가장 냄새를 잘 맡는 코가 개 코일까?” “전자레인지에 음식을 데우면 왜 접시는 뜨거워지지 않을까?” “수프를 넣고 물을 끓여야 라면이 더 맛있다?” 물질에 관한 모든 문제는 분자 안에 답이 있다! 물에 수프를 넣은 채로 물을 끓이면 105℃ 이상에서 끓는다. 이때 라면을 넣으면 100℃의 끓는물에 넣은 라면보다 더욱 꼬들꼬들해진다. 100℃보다 105℃에서 라면이 빨리 익고 수프도 충분히 가열되기 때문이다. 여기서 우리는 물과 수프를 혼합하면 끓는점이 오른다는 원리를 얻을 수 있다. 미국 콜로라도 록키스구장은 투수들의 무덤이라는 별명을 갖고 있다. 최고의 투수들이 번번이 장타를 두들겨 맞아 버티기가 힘들기 때문이다. 이 구장은 해발 1,600m에 위치하고 있어 평지보다 16% 정도 기압이 낮고 공기 밀도가 낮아진다. 따라서 나르는 공이 저항을 덜 받게 되어 멀리 나가는 것이다. 여기서 우리는 압력이 낮아지면 공기 분자 간 간격이 넓어져 공기 밀도가 낮아진다는 원리를 얻는다. [생활 속 분자, 원리를 찾아라!]를 통해 평소 의문을 갖거나 호기심을 느꼈던 많은 문제들을 분자와 분자의 운동으로 이해하고 재미있게 그 원리를 학습할 수 있다. 4차 산업혁명의 꽃, 나노과학! 분자의 원리를 알면 나노과학이 보인다! 4차 산업혁명의 중요한 분야가 나노(분자의 크기를 나타내는 단위)과학이다. 청소가 필요없는 페인트, 방수는 하면서 땀은 배출하는 신소재, 가볍고 단단하며 변형이 일어나지 않는 여러 가지 신물질 등이 나노과학의 산물. 나노 크기에서 이뤄지는 과학과 기술은 화학, 물리학, 생물학, 공학, 의학 등 다양한 분야에 적용되고 있다. [생활 속 분자, 원리를 찾아라!]와 함께 분자와 분자 운동으로 물질의 세계를 이해하는 나노과학에 첫걸음을 내딛어 보자! 물질을 몇 가지 원리로 이해할 수 있다 과학 교육과정은 운동과 에너지, 물질, 생명, 지구와 우주 등을 탐구 대상으로 하고 이 탐구 대상을 물리, 화학, 생물, 지구과학 등의 과목으로 나눈다. 그런데 만일 이것들을 몇 가지 원리로 이해할 수 있다면 얼마나 좋을까? 이것이 [원리를 찾아라, 생활 속 분자]의 출발점이다. 물질은 분자로 구성되어 있고 분자 간에는 끌어당기는 힘(인력)이 작용하며 분자들은 운동을 한다. 열(에너지)을 가하면 분자 간의 인력이 줄어들며 간격이 벌어져 상태 변화가 일어난다. 융해와 응고, 액화와 기화, 승화, 표면장력, 증발, 혼합물 등 많은 개념들이 분자 운동, 분자 간 인력, 에너지의 입출 등의 원리로 설명될 수 있다. 이렇게 물질을 이해하면 우리는 이미 중학교 교과 수준의 물질의 개념과 원리를 터득한 셈이 된다. [원리를 찾아라, 생활 속 분자]를 통해 생활 속 과학에 대한 호기심을 높이고, 과학과 친해지는 계기를 마련할 수 있다. 유추 작용을 통해 창의적 사고가 촉발된다 고대 시대부터 버드나무 껍질을 해열제로 이용했다. 19세기에 과학자들은 이 해열작용을 하는 분자를 밝혀내 아스피린을 인공적으로 합성하는 계기를 마련했다. 중국의 투유유는 전통적으로 말라리아 치료에 사용되던 개똥쑥에서 약효 성분인 아르테미시닌 분자를 발견하여 대량생산의 길을 열었다. 연잎을 자세히 들여다보면 표면에 얼룩이나 먼지가 전혀 없다. 이를 유심히 관찰한 과학자들은 연잎의 표면에 있는 나노돌기의 작용으로 연잎 효과가 난다는 것을 이해하게 되었다. 이를 응용하여 세차가 필요 없는 페인트, 세탁이 필요 없는 옷감을 개발할 수 있었다. 이처럼 과학적인 발명은 유추라는 사고 작용으로 이루어지는 경우가 많다. 이 책을 읽다 보면 유추 작용을 통해 창의적 사고가 촉발될 것이다.