인류의 운명을 바꾼 화학

우리가 사는 세상은 어떤 물질로 이루어져 있을까?
화학과 교수가 들려주는 원자와 분자, 세포 이야기

화학은 우리 삶과 밀접한 관계가 있다. 아침에 일어나서 저녁에 잠자리에 들 때까지 우리가 보고 접촉하며 사용하고 먹는 모든 것이 화학물질이다. 세상의 모든 물질은 원자나 분자로 이뤄져 있는 '화학물질'이기에, 화학물질이 없는 삶은 상상할 수 없다. 서로 다른 존재가 만나 화학적 반응을 한다는 의미로 쓰이는 '케미'라는 말 역시 '케미스트리(화학)'에서 나왔다. 음식, 일상용품에서 미래 기술에 이르기까지 화학이 활용되는 분야는 무궁무진하다.

그런데 정작 우리는 세상을 이루는 물질의 원리와 역할에 대해 잘 알지 못하며, 화학은 어렵고 위험하다는 편견이 있어 멀게만 느껴지는 것이 사실이다. 우리 뇌와 인체, 나아가 인간이 사는 세상의 원리를 이해하려면 원자와 분자, 세포를 다루는 화학에 대해 올바로 알아야 한다.

이 책은 우리 몸과 지구, 우주를 구성하는 원자와 분자, 세포가 어떤 특성이 있으며 화학이 어떤 원리를 통해 인류 문명에 기여했는지 살펴본다. 화학자들이 어떤 호기심을 가지고 연구했는지, 그렇게 해서 알게 된 과학적 사실을 통해 화학이 어떻게 발전했는지 화학의 과거와 현재, 미래를 들려준다. 본문 중간중간 들어가는 사진과 그림은 어렵게 느껴질 수 있는 내용을 시각적으로 이해하는 데 도움을 준다.

하상수 경희대학교 화학과 교수는 화학자로서 오랜 연구와 강의를 통해 얻은 경험과 노하우를 이 책에 담았다. 원소의 발견, 물질의 근원인 원자의 구성과 원자들의 화학 결합, 물질의 특성과 생성 과정, 분자운동과 화학반응, 바이러스, 세포를 활용한 질병 치료 등 화학자들의 성공과 실패의 역사를 통해 독자를 화학의 세계로 안내한다.

화학은 우리 삶에 왜 중요할까?
인류의 운명을 바꾼 화학의 역사와 미래

음식, 일상용품에서 의약품, 질병 치료에 이르기까지 우리의 삶에서 화학과 무관한 것은 하나도 없다. 화학의 발전 덕분에 인류의 삶은 윤택해졌으며 난치성 질병에 대한 유전자 치료의 길도 열렸다. 그렇다면 우리 몸과 세상은 어떤 물질로 이루어져 있을까?

물질의 최소 단위인 원자와 분자는 우리 삶을 이루는 중요한 구성 요소다. 원자들이 모여 분자를 이루고, 이러한 분자들이 모여 우리 몸과 지구, 우주를 만든다. 화학자들은 이러한 원자와 분자, 세포를 연구하는 과정에서 반물질, 원자핵, 효소, 호르몬, 양자론을 발견했으며, 화학물질 패턴 속에 감춰진 규칙과 변칙을 파악해 주기율표를 만들었다. 또한 페니실린과 아스피린 등 신약 발명, 면역과 항체 연구를 통한 백신 개발, DNA 이중나선 구조와 클론 기술의 개발로 미래 유전자 치료의 길을 열었다.

이 책에 나오는 화학 이야기를 읽다 보면 어느새 화학에 매료된 자신을 발견할 수 있다. 끊임없이 움직이는 작은 것들의 세계에서 일어나는, 때로는 격정적이고 장엄한 사건들이 우리의 삶과 일상을 늘 가득 채우고 있다는 사실을 깨닫게 될 것이다.

"화학자들의 투쟁은 지금도 현재진행형이다!"
화학이 인류의 미래를 위하여 풀어야 할 과제

-2대에 걸쳐 노벨상을 6번 수상했지만 방사선 노출 부작용인 백혈병으로 죽은 퀴리 부인과 큰딸 이렌 졸리오-퀴리
-소아마비 백신을 발견했지만 특허권을 포기하고 무료로 백신 제조법을 공개해 소아마비를 종식시킨 소크
-최초의 에이즈 바이러스(HIV) 발견자 자리를 놓고 10여 년간 다툰 세기의 라이벌 몽타니에와 갈로
-밴팅과 매클라우드의 인슐린 발견과 노벨상 수상에 얽힌 비화
-제넨텍을 설립해 유전자 재조합 기술을 기반으로 인슐린을 대량 합성한 보이어와 스완슨의 만남
-우연히 페니실린을 발견한 플레밍, 뢴트겐의 X선, 캐러더스의 나일론, 노벨의 다이너마이트 제조법 발견 등 사소한 실수와 우연으로 탄생한 위대한 발명품들

이 책은 4원소설을 주장한 탈레스부터 야마나카의 줄기세포 연구에 이르기까지 화학자들과 관련된 흥미로운 에피소드를 통해 화학의 과거와 현재, 미래를 들려준다. 우두법을 발견한 제너, 미생물 연구에 평생을 바친 파스퇴르와 코흐, 방사능을 발견한 마리 퀴리, 우연히 페니실린을 발견한 플레밍 등 다양한 화학자의 삶을 통해 화학의 역사는 과학자들의 땀과 호기심, 우연의 역사임을 알려준다.

화학이 인류의 미래를 위하여 풀어야 할 과제는 무궁무진하다. 화학은 실용 학문의 중심에서 우리 삶의 질을 향상시키는 데 큰 기여를 했다. 비료, 농약, 염료, 의약, 합성섬유, 플라스틱, 요업, 금속 제품 등의 개발은 모두 화학의 힘에 의존했다. 자연과학의 중심에 있는 화학이야말로 공학ㆍ기술 분야와 깊은 관계를 유지하면서 인류의 당면 문제들을 해결하는 데 필요한 방법과 지식을 폭넓게 공급할 수 있는 학문이다. 이러한 화학을 이해하는 것은 세상을 구성하는 원리를 이해하고 더 나은 세상을 여는 계기가 될 것이다.

프롤로그

PART 1 화학은 우리 삶에 왜 중요할까?
1. 화학은 질문에서 시작한다
2. 화학물질로 이루어진 세상

PART 2 인류의 운명을 바꾼 원자의 역사
1. 탈레스, 그리고 4원소설 - 고대 그리스 시대
2. 원자 세기의 도래 - 17~18세기
연금술에서 화학으로 | 산소의 발견과 산화 이론 | 일정성분비의 법칙을 발견하다
3. 돌턴의 원자설 - 19세기 초
4. 화학적 성질에 따라 원소를 분류하다 - 19세기 중반
원소 주기율과 주기율표 | 스펙트럼 분석법의 발전 | 전자기파와 맥스웰 방정식
5. 원자론을 체계화하다 - 19세기 말~20세기 초
음극선관의 발전 | X-선을 발견하다 | 또 다른 방사선의 발견 | 전자?원자핵의 발견과 초창기 원자모형 | 양자론의 탄생 | 전하량이 없는 입자, 중성자 | 반입자로 구성된 미스테리한 물질, 반물질 | 이란성 쌍둥이 기술, 핵분열과 핵융합 | 현대에 원자가 갖는 의미

PART 3 물이 있는 곳에 생명이 있다
1. 물질의 세 가지 상태 - 기체, 액체, 그리고 고체
2. 물이 왜 중요할까? - 물의 생성과 역할
물은 어떻게 탄생했을까 | 생명의 기원, 물의 독특한 성질

PART 4 인간과 지구, 우주를 이루는 분자의 세계: 분자와 화학결합
1. 분자 성질과 관련된 동족성의 문제
2. 분자는 어떤 성질을 지니고 있을까? - 분자의 개념과 성질
원자와는 다른 분자의 특성 | 분자 개념에 기반한 분자 구조식과 화학결합 | 생명체에 존재하는 거대한 분자, 단백질과 핵산 | 고분자 화합물의 발견과 재탄생

PART 5 생명을 살리는 화학: 생명체의 기본 단위로서의 세포 vs. 물질로 이루어진 세포
1. 풀리지 않는 수수께끼, 생명의 기원
2. 모든 세포는 세포에서 유래된다 - 세포설, 파스퇴르의 자연발생설 부정과 세균(학)설
3. 남녀 성별의 수수께끼를 밝히다 - 성 결정과 유전자
4. 전염병을 예방하는 백신을 발견하다 - 우리 몸속 면역의 역할과 항체 연구
5. 혼자서는 생존할 수 없는 원시 생명체, 바이러스
6. 생물체의 엔지니어, 효소
7. 진정한 만병통치약, 호르몬
8. 세균성 감염을 치료한 최초의 의약품, 페니실린
9. 염증을 완화하는 최초의 소염 진통제, 아스피린
10. 약물 부작용? 이제는 개인 맞춤 의학 시대
11. 생명과학의 획기적인 발전, DNA 이중나선 구조
12. 양날의 칼, 클론 기술
13. 유전자 시대의 새로운 시작, 유전병과 유전자 치료

에필로그

하상수 경희대학교 이과대학 화학과 교수. 1994년 서울대학교 자연과학대학 화학과에서 이학학사, 1996년 동 대학교 대학원에서 이학석사, 2001년 동 대학교 대학원에서 이학박사 학위를 취득했다. 2008년부터 현재까지 경희대학교 이과대학 화학과에서 교수로 재직하고 있다.
압타머, RNA 간섭, 유전자 가위, 진단 또는 치료를 위한 핵산 기반 나노 의약품 등에 관한 논문 60편 이상을 국제 저명 학술지에 게재했으며, 국내 특허 12건과 미국 특허 1건을 등록한 생유기화학과 핵산생화학 분야 전문가다. 경희대학교 이과대학 강의 우수상을 받았으며, 경희대학교 교양필수 과목인 '빅뱅에서 문명까지'의 기획 단계부터 적극적으로 참여했다. 과학 교양교육을 위한 홈페이지를 직접 운영하고 있고, 2018년부터 2021년까지 경희대학교 후마니타스칼리지 중핵교과 프로그램 디렉터로 재직하는 등 과학 교육과 과학의 대중화에도 관심이 많다. SBS TV 〈모닝와이드 3부〉, YTN 사이언스 〈황금나침반〉 등 다양한 방송 매체에 출연했다. 저서로 『빅뱅에서 인간까지』(공저)가 있다.