상위 1% 과학 영재로 가는 비밀!

과학 문해력이 상승하는 ‘스토리 과학’

전 국민 과학 멘토 이광렬 교수의 첫 어린이 책!

개념부터 과학 문해력까지 꽉 잡는 100가지 과학 수다

남다른 호기심으로 과학에 눈뜨기 시작한 내 아이? 과학 영재로 발돋움할 초등 자녀에게 꼭 필요한 책!

‘과학의 쓸모’를 외치며 과학 스토리텔러로서 어른들의 마음을 사로잡은 ‘게으른 자들의 왕’, ‘안암동 광팔도사’ 이광렬 교수가 이번에는 어린이들을 위해 나섰다.

진도를 빨리 나가면 남다른 실력이 쌓일까? 실험만 하다 보면 과학이 이해될까? 어려운 용어와 개념을 남들보다 많이 외우면 상위 1%가 될까? 이광렬 교수는 자신의 공부법으로 단연 ‘질문과 스토리텔링’을 꼽는다. 어떤 용어도 어떤 개념도 내 말로 풀어내야 진짜 내 지식이 된다는 것, 과학에서도 결국 핵심은 ‘문해력’이다. 

이 책은 대한민국 아이들을 과학 우등생을 넘어 공부를 즐겁고 잘하게 만들고 싶은 한 과학자의 집요하고 욕심 가득한 안내서다. 일상을 관찰하고, 질문을 던지고, 지식을 찾는 것, 그리고 그것을 다시 말로 풀어내는 것! 이 책에 담긴 스토리 과학의 여정을 함께한다면, 과학 호기심과 원리에 눈떠 과학 영재로 발돋움하게 될 것이다.

아울러 과학을 배우기 시작한 자녀의 질문이 무서운 부모들, 특히 문과 출신이라면? 걱정은 No! 중학 교과 개념까지 녹아 있어 잊고 지냈던 과학 개념도 아이와 함께 이 책을 읽으면서 다시금 깨닫고, 일상의 호기심을 과학적 지식으로 함께 풀어갈 수 있게 될 것이다.

이 책을 쓴 쌤의 편지: 이 책을 펼친 멋진 친구에게

1단원. 원자와 분자, 그리고 물질 

(과학 교과 연계: 초 3-1, 5-1, 중 2)

1. 원자들은 어디에서 왔을까?

2. 원자들은 쌍둥이 형제가 있어

3. 원자의 종류마다 전자에 대한 욕심이 달라

4. 욕심 많은 산소, 욕심 없는 수소

5. 원자계의 최강 인싸, 탄소 원자

6. 고상한 척하는 헬륨, 네온, 아르곤

7. 전자를 주거니 받거니, 이온의 탄생

8. 소금은 왜 물에 잘 녹을까?

9. 원자가 짝꿍을 만들면 분자

10. 소금은 왜 잘 쪼개질까? 

11. 금속은 두들기면 펴진다! 왜?

2단원. 기체의 성질

(과학 교과 연계: 초 3-2, 5-1, 6-1, 중 1)

12. 기체로 잘 바뀌는 분자의 모양은?

13. 이산화탄소는 댄스왕

14. 방귀 소리가 났는데 방귀 냄새는 나중에 나는 이유

15. 뾰족한 것들은 조심해야 해

16. 누구나 저마다의 공기 기둥을 머리에 이고 살지

17. 입으로 분 풍선은 왜 떠오르지 않을까?

18. 추운 겨울에는 왜 공이 잘 튀지 않을까?

19. 바람의 방향은 무엇이 정해주나?

20. 뜨거운 음식을 밀폐 용기에 담고 냉장고에 넣으면?

21. 공기의 압력을 이용한 무기와 기술

22. 깊은 바닷속에 풍선을 가져가면 어떻게 될까?

23. 열기구가 하늘을 날 수 있는 이유는? 

24. 오리털 파카가 따뜻한 이유 

25. 보온병의 뜨거운 물은 왜 잘 식지 않을까? 

26. 김빠진 콜라가 싫으면 차갑게 두자!

3단원. 물질의 상태, 고체 액체 기체

(과학 교과 연계: 초 3-2, 4-2, 5-1, 6-1, 중 2)

27. 물 분자는 춤을 춰! 둠칫 둠칫 둠칫 

28. 작은 물방울끼리 만나면 왜 하나로 뭉칠까? 

29. 얼음은 왜 물 위에 떠 있을까? 

30. 물을 끓일 때 보글보글 기포가 올라오는 이유 

31. 물 한 모금에 물 분자는 몇 개? 안전을 위한 지식

32. 뜨거운 냄비 위의 물방울은 춤춘다?

33. 삼겹살 구울 때 기름이 튀는 이유

34. 화를 잘 내는 사람 화를 못 내게 만드는 법

35. 스케이트 날은 왜 날카로울까?

36. 초임계 유체가 뭐야?

37. 기름은 왜 물보다 높은 온도에서 끓을까?

38. 분자 흡열귀(흡혈귀 아님 주의!) 

39. 소독 알코올을 바르면 왜 시원할까? 

40. 입을 대지 않고 풍선을 불 수 있다? 

41. 드라이아이스 빙판에서 스케이트 탈 수 있을까? 

4단원. 물과 수용액의 성질

(과학 교과 연계: 초 3-1, 4-1, 5-1, 중 2)

42. 얇은 바늘이 어떻게 물 위에 뜨지? 

43. 물방울은 왜 동그랄까? 

44. 왜 물방울은 연잎 위를 굴러다닐까? 

45. 물방울에 계면활성제를 넣으면? 

46. 비누가 때를 씻어내는 원리 

47. 커다란 비눗방울 만드는 비밀 레시피

48. 설탕 시럽은 왜 끈적끈적할까?

49. 설탕은 왜 찬물보다 뜨거운 물에서 더 잘 녹을까?

50. 바닷물은 왜 잘 얼지 않을까?

51. 소금물을 끓이지 않고 물만 빼내는 방법 

52. 배추에 소금을 뿌리면 숨이 죽는 이유가 무엇일까?

53. 주변에서 콜로이드를 찾아보자 

54. 강물은 오래 두어도 투명해지지 않는다?

5단원. 산과 염기, 산화와 환원

(과학 교과 연계: 초 5-1, 5-2, 6-1, 6-2, 중 3)

55. 녹은 왜 슬까?

56. 산(acid)의 탄생

57. 염기(base)의 탄생

58. 산과 염기가 만나면?

59. 소듐 금속을 물에 넣으면 펑 터진다?

60. 배터리는 어떻게 전기를 만들까?

61. 산과 금속이 만나면 보글보글 기체가 생기는 이유

62. 나무가 탈 때 나오는 열은 원래 어디에 숨어 있었을까? 

63. 전자 욕심은 상대적이야

64. 자동차 배기관에서 뚝뚝 떨어지는 액체는? 

65. 물에 잘 녹는 이온끼리 뭉쳐 놨더니 안 녹는다고? 

66. 살인 사건의 범인이 의심을 피한 방법 

67. 황산은 왜 독할까? 

68. 화학 반응식만 보고도 발열인지 흡열인지 알아내는 방법 

69. 경유 자동차에서 매연이 나오는 이유 

70. 불타는 휘발유에서는 무슨 일이 벌어질까?

6단원. 분자의 성질과 화학 구조

(과학 교과 연계: 초 3-2, 4-1, 5-1, 6-2, 중 2)

71. 화학 구조에서 작대기는 무슨 뜻? 

72. 전자레인지는 물을 데우지만 빈 플라스틱 용기는 못 데운다? 

73. 기름과 물은 친해질 수 있을까? 

74. 색 탐정 크로마토그래피 

75. 원자와 분자의 질량은 어떻게 잴까? 

76. 같은 재료 다른 모양, 트랜스와 시스 

77. 거울에 비친 손은 모양이 같지만 달라

78. 우주선은 왜 별똥별처럼 불타지 않아?

7단원. 생명의 화학

(과학 교과 연계: 초 6-1, 6-2, 중 2)

79. 태양을 먹고 산다고? 

80. 내 몸의 메신저, 호르몬 

81. 내 몸속 나무꾼, 효소 

82. 뇌의 음식, 포도당 

83. 유전자는 효소 로봇 설계도 

84. 방귀 냄새는 왜 나는 거야? 

85. 세포막이 두 겹으로 된 이유

86. 화학 평형, 자연은 균형을 좋아해 

87. 우리 몸을 짓는 재료, 아미노산 

88. 투명한 달걀흰자를 삶으면 왜 희고 딱딱해질까? 

89. 입이 없는 나무가 물 마시는 방법 

8단원. 지구와 우주

(과학 교과 연계: 초 4-2, 5-2, 6-2, 중 2)

90. 구름은 왜 떨어지지 않나? 

91. 소나기가 오기 전에는 바람이 쌩쌩 분다 

92. 높은 산의 바다 쪽은 왜 비가 잘 올까? 

93. 겨울에는 왜 건조할까? 

94. 한낮의 사막은 더운데 왜 건조할까? 

95. 엑스레이는 숏다리, 적외선은 롱다리

96. 검은색의 정체를 밝혀라 

97. 번개 치는 날에는 벌판에 서 있지 마 

98. 일상에서 만드는 번개, 정전기 

99. 수소 원자를 열 받게 하면 벌어지는 일 

100. 오로라의 진면목을 알려 주지 

이 비법책의 사용법은 단순해. 이야기를 하나 읽은 다음에 그 이야기를 가족이나 친구들에게 전해 주기만 하면 돼. 그런 식으로 여기에 나오는 이야기들을 네가 직접 전할 수 있게 된다면, 너에게 과학 과목은 전혀 어렵지 않을 뿐 아니라 날개를 달아주는 과목이 될 거야.

이 책을 읽고 난 후의 너는, 읽기 전의 너와는 완전히 다른 사람이 되어 있을 거야.

어때? 이 비법책 읽기에 도전해 보지 않을래?

[이 책을 쓴 쌤의 편지: 이 책을 펼친 멋진 친구에게]

원자에는 탄소 원자(C)와 같은 ‘인싸’가 있지만, 자발적 아웃사이더인 ‘아싸’도 있어. 바로 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar)과 같은 원자들이야. 얘네들은 다른 원자들과 어울리는 것을 아주 싫어해. 아주 특별한 경우가 아니면 절대로 다른 원자와 손을 잡지 않아. 다른 원자들을 아주 하찮게 보지.

원자는 전자를 여러 층으로 두르고 있을 수 있어. 우리가 속옷을 입고 겉옷을 입듯이 말이야. 맨 바깥에 입은 옷이 단추까지 잘 잠겨져 있으면 단정하고 예뻐 보이지? 원자들 사이에서는 맨 바깥에 입은 옷에 있는 전자 단추 구멍이 전자로 모두 채워져 있으면 옷을 잘 입었다고 여겨져.

헬륨(He)은 전자 단추 구멍이 2개인 옷을 입고 있는데, 단추 2개가 잘 채워져 있어. 네온(Ne) 원자는 단추 구멍 2개를 다 채운 속옷을 입고 그 위에 단추 구멍 8개를 전자로 다 채운 겉옷을 아주 단정하게 입었어. 아르곤 원자는 전자 2개로 된 속옷, 전자 8개로 된 겉옷, 그 위에 전자 8개로 된 망토까지 입었지. 이렇게 전자 옷을 잘 갖춰 입은 원자들을 ‘귀족 기체(noble gas)’라고도 해.

이런 애들 주변에 있는 다른 종류의 원자들은 얘네가 얼마나 부럽겠어? 불소(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 아스타틴(At) 등 이 5개의 원소를 ‘할로겐’이라고 뭉쳐서 말하는데, 이런 할로겐이라는 원자들은 자신의 가장 바깥에 7개의 전자를 가지고 있어. 마치 겉옷에 단추 하나가 부족한 셈이야. 전자 하나만 더 가지면 귀족 기체처럼 맨 바깥에 두른 전자가 8개가 될 테니까 정말 간절하게 전자 1개를 더 원하지 않겠어?

산소 원자(O)는 가장 바깥에 전자 6개가 있어서 2개의 전자를 더 가지고 싶어 해. 그래서 이런 애들은 욕심이 많아. 호시탐탐 다른 원자에게서 전자를 뺏어 오려고 하지. 많은 원자들이 이렇게 8개의 전자를 자신의 맨 바깥에 두르고 싶어 하는데, 이를 ‘여덟 전자 규칙’이라고 해.

[6. 고상한 척하는 헬륨, 네온, 아르곤]

세상에는 다양한 원자가 있어. 고고한 귀족 기체 원자를 제외하고 나머지 원자들은 무조건 다른 원자들과 같이 있기를 원해. 왜 그럴까? 이유는 하나야. 외로워서 그래. 사람하고 똑같아. 학교에 갔을 때 반갑게 반겨 주는 친구가 아무도 없다면, 늘 같이 놀던 친구가 아파서 혼자서 밥을 먹어야 한다면, 집에 돌아왔는데 엄마도 아빠도 아무도 없다면 많이 외롭겠지? 원자들도 이런 외로움이 싫어서 짝꿍을 만들고 함께 다녀. 이렇게 원자들이 손잡고 분자가 되면 마음이 편해져서 잘 지내.

같은 종류의 두 원자는 모든 것을 똑같이 나누면서 지낼 수 있어. 수소 원자가 다른 수소 원자와 전자를 하나씩 내밀면서 손을 잡아. 전자를 빼앗는 것이 아니라 ‘공유’하는 거지. 하지만 기회가 되면 다른 친구들도 사귀어. 수소 원자가 산소 원자를 만나서 물 분자를 만들듯이 말이야. 이렇게 원자가 다른 원자와 전자를 공유하여 서로 손을 맞잡는 것을 ‘공유 결합’이라고 했지.

한 원자가 다른 원자의 전자를 완전히 빼앗으면 이온들이 만들어지지만, 분자 안에서 원자들은 공유 결합으로 손잡고 다니는 친한 친구가 되지.

[9. 원자가 짝꿍을 만들면 분자]

물 분자의 산소는 다른 물 분자에 있는 수소가 자기 머리를 쓰다듬는 것을 좋아해. 자기는 음전하를 띠는데 옆에 있는 물 분자의 수소는 양전하를 띠니까 가까이 가서 이러는 거야.

“내 머리를 만져 줘!”

이것을 ‘수소 결합’이라고 하지.

이런 아이들이 아주 많이 있으면 어떨까? 친구들 한가운데 있는 아이는 아주 기쁠 거야. 자기 손은 다른 아이 머리를 만지고 있고, 자기 머리는 다른 아이가 만지고 있으니 말이야. 그런데 맨 바깥에 있는 아이들은 어떨까? 어떤 아이는 다른 아이의 머리를 못 만지고 있고, 어떤 아이는 자기 머리를 아무도 만져주지 않아서 기분이 별로 안 좋아. 그래서 물 분자들은 자꾸 안으로 들어가려고 해. 바깥에 있는 것을 싫어하는 거지.

만약 물방울 2개가 만나면 어떨까? 물방울의 바깥에 있던 물 분자 아이들이 환호성을 지르겠지?

“이야! 나도 이제 외롭지 않을 수 있어!”

그러면서 표면에 있는 물 분자들이 서로 손을 뻗어서 끌어당겨. 서로 다른 물방울이 합쳐져서 큰 물방울이 되었네. 큰 물방울이 되면 작은 물방울 2개보다 표면에 있는 물 분자들의 수도 줄어들어. 행복한 아이들의 수는 늘고 불행한 아이들의 수가 줄어드는 거지.

[28. 작은 물방울끼리 만나면 왜 하나로 뭉칠까?]

지구는 태양 주위를 1년에 한 바퀴 돌아. 1초에 거의 29.78킬로미터를 날아가지. 지구가 1년 동안 태양 주위를 돌면서 만드는 동그라미가 얼마나 클지 상상해 봐. 그 거대한 동그라미 안의 면적에 강아지들을 채워 넣어 봐. 정말 어마어마하게 많은 강아지가 있겠지?

이 강아지들의 수가 네가 마시는 한 모금의 물(18그램 정도)에 들어 있는 물 분자의 수와 비슷해. 물 분자가 정말 많지? 그러면 물 분자들이 얼마나 작은지도 짐작이 가? 너무 작아서 절대 맨눈으로 볼 수 없어.

물을 끓이면 기체가 돼. 18그램의 물은 100도에서 기체가 되면서 무려 30리터나 되는 부피로 커져. 2리터짜리 생수병을 무려 15개나 채울 수 있어. 고체나 액체는 부피를 많이 차지하지 않지만, 기체는 매우 큰 부피를 차지하지.

이렇게 수많은 물 분자가 액체와 기체 사이에서 변환하는 것을 이용하면 매우 유용한 일을 할 수 있어.

이걸 한번 상상해 봐. 커다란 드럼통이 있어. 그리고 이 드럼통을 오로지 물의 뜨거운 증기로만 채우고 뚜껑을 닫는 거야. 그리고 드럼통을 아주 차가운 물에 식혀. 어떻게 될까? 높은 온도에서 기체가 된 증기는 온도가 내려가면서 액체로 변해. 그러면 드럼통 안에 있는 기체의 양이 많이 줄어들겠지? 드럼통 밖의 기체 수는 변함이 없는데 말이야. 드럼통 안의 압력은 작아지고 드럼통 밖의 압력은 그대로니까 드럼통이 확 안쪽으로 찌그러져.

이 찌그러진 드럼통을 손을 대지 않고 다시 펴려면 어떻게 하면 될까? 맞아. 다시 가열하면 돼. 액체인 물이 끓으면서 기체가 되고, 기체가 열심히 날아다니면서 드럼통 안쪽 벽을 바깥쪽으로 밀쳐내면서 통은 원래대로 빵빵해질 거야.

어떤 용기 안에 갇힌 기체 분자의 수가 많으면 공기의 압력이 높고, 기체 분자의 수가 적으면 공기의 압력이 낮다는 것, 안전생활에 필수 지식이라는 사실을 이제는 알겠지?

[31. 물 한 모금에 물 분자는 몇 개? 안전을 위한 지식]