일상적이지만 절대적인 화학지식 50

▣ 출판사서평

화학은 가만히 앉아서 플라스크만 뚫어져라 쳐다보는 그런 것은 아니다.
우리가 매일 차에 넣는 석유, 나의 유전정보가 들어 있는 DNA,
미래를 이끌 3D프린팅, 인공 근육 등이 모두 화학지식에서 비롯되었다.
화학을 몰라도 살 수는 있지만 화학 없이는 살 수 없다.

맥주에서 핫팬츠까지, 우리 삶을 이루는 화학

오늘날 화학은 과학의 여러 분야 가운데서도 그다지 인기 있는 종목은 아니다. 웬일인지 사람들에게 화학이라고 하면 생물학보다 현실과 거리가 멀고, 물리학보다 덜 흥미로운 분야처럼 생각하는 선입견이 존재한다. 하지만 화학에 대한 이런 생각은 그야말로 선입견이다. 이 세상 거의 모든 것의 핵심에는 화학이 있다. 원자, 분자, 화합물과 혼합물 같은 화학의 구성요소들은 한편으로 지구 상 모든 물질의 구성요소이다. 화학 반응은 생명을 유지하고 생명체가 의존하는 모든 물질을 만들어내는 역할을 한다. 화학의 생산물은 맥주에서 핫팬츠에 이르기까지 현대인의 삶을 발전시켜 왔다.

화학이 지금까지 간직하고 있는 중요성에 비해 부당한 이미지를 얻은 이유는 화학자들에게 있다고 해도 과언이 아니다. 사실 현실과 관련된 흥미로운 주제에 초점을 맞추기보다 화학 작용의 근본에 있는 일련의 규칙이나 분자구조의 형식, 화학 반응의 양적 관계 등에 화학자들이 집중해왔기 때문이다. 화학자들에게는 무엇보다 중요한 규칙과 반응이지만 일반인들에게 흥미가 없는 것은 물론이고, 화학자 자신들도 특별히 흥미롭지는 않다는 사실은 인정할 것이다. 그 점을 안타깝게 여기던 필자는 화학에서 현실과 관련 있으면서 흥미로운 부분에 초점을 맞추어 이 책을 썼다.

세상을 만든 가장 기본 단위

세상은 무엇으로 만들어졌을까? 그 답을 찾기 위해 인류가 끊임없이 연구해오고 있는 질문이다. 그 시대로 되돌아갈 수는 없지만 지금 우리를 구성하고 있는 것이 무엇인가를 살펴보는 것을 시작으로 우리의 기원을 유추해 볼 수는 있지 않을까?
우리가 흔히 듣는 원자는 화학의 구성단위이자 우주 만물의 구성단위이다. 그래서 이 원자를 이해하면 실험실의 화학 반응에서 일어나는 일이나 자연에서 일어나는 일의 대부분을 이해할 수 있다. 원자는 크기가 매우 작기 때문에 최근까지도 그 모습을 눈으로 볼 수 없었다. 그러다 고해상도 현미경이 개발되면서 과학자들은 원자를 볼 수 있게 되었다. 지구상에 존재하는 다양한 생물들은 모두 특별한 원자 하나를 가졌다. 그것이 바로 탄소다. 깊은 바다 밑바닥에 사는 박테리아에서 저 하늘 높이 날아다니는 새에 이르기까지 지구에 사는 생물이라면 이 탄소라는 원자를 공유하지 않는 존재는 없다. 물론 우리가 지구 외의 다른 곳에 사는 생물을 아직 만나본 적이 없으니 100%라고 단정 지을 수는 없어도, 우리가 아는 생물은 탄소를 기반으로 번성했다.

꿈틀꿈틀, 벌렁벌렁 기어 다니거나, 펄럭이며 날아다니거나, 헤엄치거나, 걸어 다니는 모든 지구에서 살아가는 생물의 근본이 탄소다. 또 DNA에서 단백질, 지방, 탄수화물, 우리 뇌의 신경 세포의 시냅스를 건너다니는 신경전달물질까지 모든 생물 분자의 화학적 골격을 형성한다. 우리 몸을 구성하는 원자를 하나하나 세어보면 6개 중 하나가 탄소다. 탄소보다 더 수가 많은 원자는 산소와 수소뿐인데, 왜냐하면 우리 몸의 대부분이 물로 이루어져 있기 때문이다. 그럼에도 탄소는 다른 원소들보다 유난히 사람들 입에 자주 오르내린다.

탄소는 대기를 오염시키고, 지구의 기후를 엉망으로 만드는 요주의 원소이기도 하기 때문이다. 인류는 탄소 배출량을 줄여야 한다고 목소리를 높이고 있다. 그렇게 탄소를 억제하고 길들여야 할 대상으로 생각한다. 하지만 탄소는 양성자와 중성자로 이루어진 작고 단단한 구를 6개의 전자구름이 둘러싼 평범한 원소일 뿐이다. 그런 단순한 원소를 요주의 원소로 만든 것은 다름 아닌 인류다.

자동차 산업은 20세기가 시작될 무렵만 해도 그리 크게 문제가 되지 않았지만, 자동차가 급속하게 증가하면서 대기 중 이산화탄소 농도가 치솟는 문제가 일어난 것이다. 여기에 더해 자동차 엔진이 발생시키는 에너지가 공기 중 다른 구성 성분들도 반응을 일으켜 다른 오염물질의 농도도 상승했다. 썩지 않는 플라스틱, 급속도로 늘어난 자동차에서 뿜어져 나오는 어마어마한 양의 이산화탄소, 오존층에 구멍을 뚫고 있는 프레온 가스 등 인류가 지구 환경에 미친 영향은 그대로 두면 존재를 위협할 정도가 되었다.

그럼에도 답은 ‘화학’이다

오늘날 세계는 지구라는 아직은 우주에 하나뿐인 환경을 유지하고 지켜내기 위해 기술적 도전에 직면해 있다. 그 가운데 가장 중요한 두 가지 문제는 모두 연료와 관련된다. 첫 번째는 화석 연료가 고갈되고 있다는 점이고, 두 번째는 화석 연료를 연소시키다 보니 대기가 점점 온실가스로 채워져 지구의 성질 자체가 인간의 삶에 불리한 쪽으로 변화하고 있다는 점이다. 사실 어떻게 보면 답은 정해져 있고, 너무 뻔하다. 화석 연료의 사용을 중단하면 된다.

하지만 인류는 지금 당장 화석 연료를 중단할 수는 없다. 그렇다면 지구의 삶에 에너지를 공급할 새로운 방법을 찾아야 함을 의미한다. 자연환경을 이용한 태양에너지와 풍력에너지를 개발해 사용하고 있지만 아직 연료를 개발하지는 못하고 있다. 지구를 위협하지 않고도 인류가 불편 없이 사용할 수 있는 청정연료를 개발하는 것이 지구 미래를 위해 화학이 안고 있는 숙제였다.

우리는 햇빛을 이용한 청정 연료를 만들고, 제트 연료를 만들 수 있기는 하다. 그렇다고 숙제를 다 한 것은 아니다. 앞으로 대부분의 연구 개발에서 그렇듯 진짜 어려운 부분이 남아 있다. 바로 이런 공정을 저렴하고 신뢰할 수 있게, 그리고 지구의 천연자원을 많이 소모하지 않는 방식으로 실용화하는 것이다.

오늘날 우리에게 필요한 것을 만들어내고, 지속 가능한 방법으로 이용할 수 있도록 해주는 것, 바로 그것을 해줄 수 있는 게 화학이기 때문이다.

▣ 작가 소개

저자 : 헤일리 버치
Hayley Birch
과학 작가 겸 편집자. 『네이처』, 『뉴사이언티스트』, 『옵서버』, 『텔레그래프』, 『BBC포커스』에 기고하고 있으며 영국 왕립학회 화학잡지 Royal Society of Chemistry’s magazine에 찻잎을 재활용하는 법부터 합성세포에 이르기까지 방대한 소재로 글을 연재하고 있다. 팟캐스트 ‘Chemistry in its Element’ 시리즈에 참여했고 《Big Questions 과학》을 함께 펴냈다.

역자 : 임지원
서울대학교에서 식품 영양학을 전공하고 동 대학원을 졸업했다. 전문번역가로 활동하며 다양한 인문 과학서를 번역했다. 옮긴 책으로는 《금속 전쟁》, 《공기》, 《에덴의 용》, 《진화란 무엇인가》, 《섹스의 진화》, 《스피노자의 뇌》, 《넌제로》, 《슬로우데스》, 《루시퍼 이펙트》, 《급진적 진화》, 《사랑의 발견》, 《세계를 바꾼 지도》, 《꿈》, 《빵의 역사(공》역) 등이 있다.

▣ 주요 목차

원소 주기율표
들어가는 말
01원자
02원소
03동위원소
04화합물
05결합력
06상변화
07에너지
08화학 반응
09평형
10열역학
11산
12촉매
13산화 환원
14발효
15크래킹
16화학적 합성
17하버 공정
18분자비대칭성
19녹색 화학
20분리
21스펙트럼
22결정학
23전기 분해
24반도체의 미세 가공
25자기 조립
26랩온어칩
27계산화학
28탄소
29물
30생명의 기원
31우주화학
32단백질
33효소의 작용
34당
35DNA
36생합성
37광합성
38화학적 메신저
39석유
40플라스틱
41CFC
42복합물질
43태양 전지
44약물
45나노 기술
46그래핀
473D 프린팅
48인공 근육
49합성생물학
50미래의 연료