천재들의 과학노트 2: 화학

산소, 필수아미노산 등 사람에게 꼭 필요한 화학물질부터 먼지와 우주까지
우리가 사는 세상을 이루는 화학 분야에
위대한 업적을 남긴 10인의 화학자들!!
■■■ 우주 전체의 모든 물질을 이루고 있는 것은 화학 원소이다. 나뭇잎, 먼지, 사람, 동물, 우리가 볼 수 없는 저 먼 우주에서 이제 막 만들어지고 있는 별들과 기체 혼합물까지 이 모든 것이 화학 원소로 이루어져 있다. 그리고 이 모든 물질을 만들어내는 기본 요사가 바로 원자이다.
기원전 600년경, 아주 오랜 과거 속 그리스의 철학자들이 인간과 우주의 본질을 연구하기 시작한 이후 인류는 금을 만드는 연금술까지 다양한 목적과 호기심을 가지고 연구를 해왔고 이는 결국 근대 화학으로 발전하게 되었다.
현대의 화학은 부피를 갖는 양을 가진 모든 물질의 조성과 성질을 연구하는 학문이다. 생물학, 물리학, 지질학, 보건과학, 물상과학, 지구과학 같은 다른 과학을 이해하려면 기본적으로 화학적 원리를 알아야 한다. 즉 이 모든 분야가 화학을 필요로 하는 것이다.
화학은 다시 유기화학, 무기화학, 생화학, 물리화학 그리고 분석화학 등으로 나눌 수 있다. 이다. 또한 화학이 적용되는 분야로는 농업화학, 의료화학, 산업화학, 환경화학, 법정화학 그리고 대기화학 등이 있으며 이 모든 분야가 현대의 중요한 화학 연구 분야이다.
유기화학은 탄소 화합물에 대한 연구를 주로 하는데, 1개, 2개 혹은 3개의 탄소 원자가 서로 결합하는 독특한 성질을 가지고 있다. 탄소를 중심으로 하는 탄소 화합물은 식물이나 동물 혹은 석탄이나 석유 같은 생명체의 잔여물에서 얻을 수 있기 때문에 유기화학을 생명의 화학이라고 부르기도 한다. 유기화학은 약품 제조를 연구할 수도 있다. 예를 들어 아스피린의 주요 성분인 화합물은 한때 버드나무 껍질에서 뽑아냈지만, 이제는 실험실에서 합성한다.
무기화학 부문은 탄소 원자를 중심으로 하지 않는 분자들과 그 분자들의 결합 그리고 화학반응을 연구하는 분야이다. 무기화학자는 산업용 무기화학 물질의 조작(예를 들어, 인공 비료를 위한 질소화합 같은)을 전문으로 할 수도 있다. 생화학은 살아 있는 생물 안에서 생기는 화학 작용을 연구하는 학문이다.
지방산의 연속 분해 작용에 대한 해석은 생화학 분야에 들어간다. 물질의 화학적 특성을 해석하고 일반적인 법칙으로 정리하는 원리를 연구하는 학문은 물리화학이라고 한다. 물리화학자들은 에너지에 초점을 맞추고, 화학반응, 반응 속도, 반응 과정을 연구하며, 고체, 액체, 기체 상태의 원자, 분자의 구조 그리고 변화 양상을 조사한다. 또 물리화학은 분자에 의해 에너지가 흡수, 방출되는 현상과 전기화학도 다룬다. 물리화학자는 냉장 시스템의 능률을 개선하는 시도도 할 수 있다. 분석화학은 정성 분석, 물질의 구성 성분 확인, 정량 분석, 물질의 조성 비율 등을 밝히는 연구를 한다. 분석화학의 예로는 색소 분리를 통해 대기 오염도와 성질을 측정하는 연구가 있다.
앞에서 말한 각각의 연구 분야는 아주 넓어서 화학자들이 어느 하나의 특정 분야에 초점을 맞추는 일이 드물다. 대다수의 연구들이 몇 개 분야에 걸쳐지거나 다른 분야와 협동하여 진행되므로 화학 분야의 연구 경계는 매우 복잡하다.
예를 들면 헤모글로빈과 같이 철 원자가 들어 있는 단백질 분자를 연구하는 연구원은 자신을 유기학자나 무기학자, 혹은 생물무기화학자로 생각할 수도 있다. 암석의 광물 성분 구성에 관심이 있는 분석화학자는 대학의 지질학과에서 일할 수도 있다. 또 국립기상대 대기화학 실험실에서 오존층의 방혈 과정을 공부하는 사람을 찾을 수도 있다.
이들이 쓰는 방법이나 전문 분야는 서로 다르지만, 모든 화학자들은 화학 원소, 기본 원자 구조, 그리고 원자 사이의 결합력에 관한 지식에 능숙해야만 한다. 화학 지식은 이 세상을 보는 비상한 통찰력을 갖게 해주며 화학의 모든 분야에서 이루어지는 연구는 물질세계에 긍정적인 영향을 준다.
《천재들의 과학노트-과학사 밖으로 뛰쳐나온 화학자들》은 다양한 방법으로 현대 화학의 발달에 공헌한 열 명의 흥미로운 과학자들을 소개한다.
18세기, 영국에서 태어난 조지프 프리스틀리는 ‘플로지스톤이 없는 공기’를 발견했고 프랑스 화학자 라부아지에는 연소 작용의 원인은 바로 ‘산소’ 때문이라고 밝히며 플로지스톤 가설을 정면으로 부인했다.
화학의 토대를 마련한 존 돌턴의 ‘원자론’과 19세기 중반, 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프의 원소 주기율표 그리고 20세기 초, 미국의 화학자 어빙 랭뮤어의 계면화학 연구를 통한 전구와 안경 렌즈의 제조 기술을 발달 등은 모두 지금과 같은 현대 산업사회를 만드는 중요한 화학적 발견이었다.
또한 이와 같은 화학을 통해 우리는 생명 현상도 이해할 수 있게 되었다. 화학 지식은 우리에게 수많은 편리함뿐만 아니라 다양한 약품을 대량생산하고 더 정밀하게 도울 수 있도록 함으로써 우리의 생활을 더욱 건강하고, 안전하고, 편리하고, 풍요롭게 만들어주기도 했다. 따라서 화학의 세계에 대해 자세하게 배우는 일은 매우 가치 있는 일이다. 우리의 건강과 환경을 지키기 위해서는 정확한 과학 지식을 근거로 하는 합리적인 노력을 해야 하기 때문이다. 우리가 화학에 대해 반드시 알아야 할 이유는 이밖에도 많이 찾아볼 수 있다.
이제 《천재들의 과학노트-과학사 밖으로 뛰쳐나온 화학자들》에 소개된 인류사를 바꾼 10명의 화학자들을 통해 세상을 바꾼 화학을 만나보자.