NEWTON HIGHLIGHT 이온과 원소

▣ 출판사서평

우리 주변은 이온으로 넘치고 있다

‘쇠못에 녹이 슨다, 전지에서 전기가 흐른다, 밤 하늘의 불꽃놀이, 뇌 신경세포의 신호 전달, 위(胃)의 소화 활동, 소금물이 잘 얼지 않는 이유, 산과 알칼리…….’ 이들 현상의 공통점은 무엇일까?
짐작한 사람도 많겠지만, 답은 ‘이온’이다. 이처럼 이온은 눈에 보이게, 또는 눈에 보이지 않는 곳에서 우리의 생활과 밀접한 관계를 맺고 있다. 아니, 이온은 우리의 생명을 유지하는 근본 중의 하나라 해도 지나친 말은 아니다. 이온이 없다면 우리 몸의 세포는 그 모양을 유지하지 못하고 파열되기 때문이다.

이 책은 독자들로부터 커다란 호평을 받고 있는 Newton Highlight 시리즈 <완전 도해 주기율표>의 뒤를 잇는 화학 시리즈 제2탄이다.
이 책의 제1장에서는 이온의 실체와 결합 방식에서부터 이온화 에너지에 이르기까지, 이온의 기본 메커니즘을 정리한다. 제2장에서는 ‘전지는 어떻게 전기를 일으키는가?’ ‘녹은 왜 생기는가?’ ‘세제를 섞어 쓰면 왜 위험한가?’ 등, 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 화학 반응의 구조를 분석한다.
그리고 제3장에서는 이온 교환막, 이온 액체, 그리고 우주 탐사선에 이용되는 이온 엔진 등 이온에 관한 첨단 분야를 소개한다. 제4장에서는 ‘마이너스 이온’ ‘알칼리 이온’ ‘은 이온’ 등 몸에 좋다고 알려진 여러 가지 것에 대한 진실과 거짓을 밝힌다.
책의 후반부인 제5부와 6부에서는 물질의 기본인 원소의 탄생을 다룬다. 우주의 기원에서부터 현재 알려진 111종의 원소, 그리고 인공 합성 원소들이 어떻게 탄생했는지 그 과정을 자세히 소개한다.

인간이 지구와 우주에서 움직이는 원리를 물리학이 설명해 준다면. 인간의 다양한 생활의 밑바탕에는 화학이 존재한다고 말할 수 있다. 이온과 원소에 대해 깊이 이해하고, 자연의 오묘한 구조를 다시 한 번 깨달을 수 있는 좋은 기회가 될 것으로 생각한다.

● 이온이 만드는 화학 변화의 메커니즘 규명
소금이 물에 녹는다는 것은 화학적으로 무엇을 의미하는가? 그것은 염화나트륨이 나트륨 이온과 염화 이온으로 나누어져, 물 분자와 균일하게 섞임을 뜻한다. 즉 그 과정의 핵심은 이온이다. 우리 주변에서 흔히 보는 세제와 붉은 녹, 그리고 음식물의 소화, 신경세포의 신호 전달 등등, 이온이 주체가 되어 일어나는 화학 반응의 원리와 과정을 정밀한 시각 자료를 바탕으로 해설한다.
책의 중간 중간에는 ‘금속 결합과 공유 결합’ 등 화학의 기본과 응용에 관한 별도의 해설 자료가 다양하게 삽입되어 있다.

● 이온에 관한 첨단 연구는 어디까지 왔나?
바닷물 속의 이온을 제거하면 민물로 만들 수 있다. 여기에 쓰이는 것이 ‘이온 교환막’과 ‘이온 교환 수지’이다. 또 일반적인 액체와 달리 이온만으로 만든 ‘이온 액체’도 있다. 뿐만 아니라 우주 탐사선의 원동력으로 쓰이는 ‘이온 엔진’도 개발되어 있다. 이처럼 인간의 생활을 향상시키고, 우주 개발을 하는 데도 큰 구실을 하는 이온의 첨단 활용법에 대해서도 상세히 설명되어 있다.

● ‘마이너스 이온’ ‘알칼리 이온’ 등의 진실과 거짓
건강 관련 산업이 발달하면서 ‘~ 이온’이라는 말을 자주 듣게 된다. 그러나 위의 제목에서 보이는 ‘~ 이온’은 상업용으로 만들어진 조어(造語)일 뿐, 학술 용어는 아니다. 그러면 ‘마이너스 이온’ ‘알칼리 이온’ ‘은 이온’ 등이 말하는 ‘효능’은 거짓인가? 이 책 <이온과 원소>에서는 이러한 이온들의 정체와 작용, 아직 확인되지 않은 사항들에 대해서도 상세히 점검한다.

● 우주와 원소의 탄생, 원소의 인공 합성을 심층 해설
우리의 몸은 물론, 모든 물질은 ‘원소’로 이루어져 있다. 현재까지 111종의 원소가 밝혀져 있다. 원소가 물질의 바탕이라면, 그들 원소는 도대체 어디에서 왔을까? 그것을 알기 위해서는 우주의 기원으로 거슬러 올라가야 한다. 우주의 기원에서부터 원소가 어떻게 탄생했는지, 그리고 자연 상태의 원소 이외의 인공 합성 원소들은 과연 어떤 원리로 만들어지는지도 알아본다.

● 최고의 과학 단행본을 추구하는 <뉴턴 하이라이트 시리즈>
월간 과학 잡지 Newton은 수준 높은 과학 해설을 최고의 사진·그림 자료와 함께 게재하고 있다. 그중에서도 특히 독자의 인정을 받은 기사만을 재구성해, 매달 한 권씩 펴내는 것이 <뉴턴 하이라이트 시리즈>이다. <이온과 원소>는 그 열여덟 번째 책이며, <주기율표> <상대성 이론> <양자론> <뇌와 마음의 구조> 등 자매편들도 절찬리에 판매되고 있다.

▣ 작가 소개

감수 : 이와사와 야스히로 외
이와사와 야스히로 岩澤康裕 / 일본 도쿄 대학 이학계연구과 교수, 이학 박사
사쿠라이 히로무 櫻井 弘 / 일본 스즈카(鈴鹿) 의료과학대학 동양의학연구소 교수, 약학 박사
데라사와 도시오 寺澤敏夫 / 일본 도쿄 공업대학 이공학연구과 교수, 이학 박사
류시 도모오 琉子友男 / 일본 다이도(大東) 문화대학 스포츠·건강과학부 교수, 의학 박사
와타나베 마사요시 渡邊正義 / 일본 요코하마 국립대학 대학원 공학연구원 교수, 공학 박사
가지노 도시타카 梶野敏貴 / 일본 국립천문대 부교수, 이학 박사

▣ 주요 목차

제1장 이온이란 무엇인가?
이온의 발견 이야기 / 원자의 구조 / 이온의 정체 / 이온의 법칙 / 이온의 결합 / ‘물에 녹는다’는 무슨 뜻인가? / ‘어는점 내림’과 이온 / 물과 전기와 이온 / 이온화 에너지 / 이온화 경향

제2장 우리 주변의 이온의 메커니즘
전지의 구조 / 녹의 구조 / 몸 속의 이온 / 산과 알칼리 / 불꽃 반응

제3장 이온의 최첨단
이온의 교환막 / 이온 액체 / 우주의 이온 / 이온 엔진

제4장 이온 Q&A
마이너스 이온 / 알칼리 이온 등 / 스포츠 음료

제5장 원소의 탄생 1
원소의 종류 / 우주의 탄생 / 빅뱅 / 빅뱅 원소 합성 / 별 내부에서의 원소 합성

제6장 원소의 탄생 2
초신성 폭발 / 지구의 탄생 / 인공 합성된 원소 / 철보다 무거운 원소

* 더 알고 싶다! 칼럼
금속 결합과 공유 결합 / 바닷물과 혈액의 성분은 비슷하다 / 왜 금속은 전기가 통하고, 설탕물은 전기가 통하지 않을까? / 원자가 이온이 되는 에너지를 측정하려면? / 음이온이 되기 쉬운 원자가 있을까? / 이온화 경향은 수소를 기준으로 측정한다 / 가장 오래 된 전지는 기원전 3세기 무렵에 있었다!? / 도금은 전지의 역반응을 이용한다 / 표백제는 달라붙은 때의 색깔을 없앨 뿐 / 녹이 산화라면 ‘녹 제거제’는 환원제? / 과연 산(酸)이란 무엇인가? 강산과 약산의 차이는? / 주변의 산성·알칼리성과 산성화에 의한 지구 환경 문제 / 불꽃 반응이란 어떤 현상인가? / 이온 교환막보다 단순한 이온 교환 수지 / 바닷물을 여과해 음료수로 바꾸는 ‘역삼투막’ / 아름다운 오로라는 태양풍에 의해 만들어진다 / 만약 양성자와 중성자의 핵력이 약했다면 / 만약 항성 속에서 탄소가 합성되지 않았다면 / 만약 양성자와 중성자의 질량이 같았다면 / 만약 양성자가 중성자보다 무거웠다면 / 멀리 떨어진 천체의 원소는 어떻게 알 수 있을까?