세상을 이해하기 위한 최소한의 화학

세상을 이해하기 위한 최소한의 화학 - 100개의 물질로 읽는 생명과 우주, 인류의 미래 ㅣ 최소한의 지식 2
김성수 지음 / 지상의책(갈매나무) / 2026년 1월

[ 출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다. ]

세상은 무엇으로 이루어져 있을까요.

사람마다 바라보는 관점에 따라 다양한 생각을 가질 수 있지만 화학자에게 묻는다면 똑같은 대답이 나올 거예요. 세상은 원자(atom)와 이들이 결합한 분자(molecule)로 이루어진 화학물질(chemicals)의 집합체라고 말이죠. 우리 눈에 보이는 모든 고체, 액체, 기체는 물론이고, 우리 몸과 공기까지도 화학적인 원리에 따라 원소들이 반응하고 결합하여 이루어진 결과물인 거예요. 그러니 화학물질에 대해 아는 것이 곧 세상을 아는 힘이라고 볼 수 있네요.

《세상을 이해하기 위한 최소한의 화학》은 화학자의 눈으로 본 세상이자 모두를 위한 흥미로운 화학 이야기를 담은 책이네요.

저자는 화학자로서 현재 한국과학기술연구원(KIST) 전북 복합소재기술연구소 선임연구원이며, 다양한 고분자 물질이 탄소 소재로 전환되는 과정과 결과를 연구 중이라고 하네요. 이 책은 그동안 익숙하지만 잘 알지 못했던 100개의 화학물질을 통해 원자라는 가장 작은 우주에서 출발하여 지구의 구성 성분을 살펴보고, 빅뱅으로 생겨난 별의 잔해들이 어떻게 생명체로 진화해왔는지, 지구상에 등장한 인류가 자연과 상호작용하며 문명을 발전시키는 과정에서 발견한 역사적인 화합물이 무엇인지, 빛나는 화학 합성의 역사와 그 이면의 문제점 그리고 마지막으로 인류의 우주 진출을 위한 필수적인 기술과 관련된 대표적인 화학물질을 다루고 있어요. 한마디로 빅뱅에서 출발하여 다시 우주로 향하는 흥미진진한 여정이네요.

가장 첫 번째로 만나는 수소 원자 H는 신기하고 재미있어요. 우주의 기원과 함께 탄생한 물질세계의 가장 작은 구성 요소인 데다가 양성자의 양(+)전하와 전자의 음(-)전하 사이의 정전기적 인력이 작용하여 양성자 하나와 전자 하나가 합쳐져 전기적 중성의 원자가 만들어졌고, 이 전자가 마치 태양 주변을 도는 행성처럼 공전한다는 것이 작은 우주를 연상케 하네요. 수소 원자가 안정해지는 방법 중 하나는 어디선가 전자를 가져오는 것인데, 전자를 끌어당길 수 있는 양성자가 1개뿐인 상황에서 좁디좁은 원자 오비탈 안에서 같은 음전하라서 서로 밀쳐내는 2개의 전자가 평안하게 있을 수 없는 상태가 될 수밖에 없어요. 이때 수소 원자는 외부에서 전자를 가져오되 전자들이 서로 밀어내지 못하도록 이들이 묵는 방을 크게 키웠고, 그 덕분에 전자를 빼앗지 않아도 확장된 분자 오비탈 안에 자신의 전자와 다른 수소 원자의 전자를 함께 공유하는 윈윈 전략을 펼치네요. 화학적으로 보면 에너지 측면에서 굉장히 안정해지는 것이고, 전기적으로 중성인 이원자 분자인 수소 분자가 우주 최초로 만들어지는 순간이라는 것, 이때 수소 원자들은 서로 한 쌍의 전자를 공유하며, 이렇게 형성된 화학결합을 공유결합이라고 부른대요. 미시 세계에서 일어나는 공유 경제라니, 원자가 정말 똑똑한 것 같아요. 우리 일상 속 다양한 화학물질들을 알아가는 재미가 있네요. 감칠맛의 정체인 글루탐산 소듐, 과일의 향기를 내뿜는 아세트산 아이소아밀, 술의 주원료인 에탄올, 충치 잡는 분자인 자일리톨, 전 세계인이 즐겨 마시는 커피 속 카페인, 담배 속 니코틴, 마약 모르핀, 화학 합성 물질의 두 얼굴과 우주 개발과 관련된 물질들까지 종류도 다양하네요. 우주선에서 사용하는 연료전지는 연료와 산화제만 공급되면 지속적으로 전력을 생산할 수 있는데, 이는 마치 아궁이에 계속 땔감을 넣듯 연료 역할을 하는 수소분자를 계속 불어넣는 방식으로, 수소분자를 태워 물을 얻는 반응이라고 하네요. 다만 이 반응을 둘로 나눈 반쪽 반응들이 산화 전극과 환원 전극에서 각각 일어나게 분리함으로써 전기가 전극 사이에서 흐를 수 있게 만드는 것이 핵심이라는 거예요. 그동안 연료전지는 비싼 백금을 사용했는데 대체할 수 있는 효율적인 촉매를 개발하는 연구가 활발히 진행 중이라고 하네요. 아직까지 우리가 곧바로 이주할 수 있는 행성은 확인되지 않았지만 우리가 포기하지 않는 한 새로운 길을 찾을 수 있을 거예요. 지구상의 물질들을 효과적으로 활용해온 인류이기에 앞으로 우주 시대가 더욱 기대되네요.

"··· 100개의 화학물질을 뽑아 글을 써달라니! 출판사에서는 화학물질을 고르는 기준을 전적으로 내게 위임했는데, 이 통 큰 양보야말로 나를 곤혹스럽게 했다. 나침반 없이 남극의 광활한 설원 위에 홀로 덩그라니 놓인 기분이랄까? 하지만 화학은 어디서나 발견할 수 있다. 우주와 별의 역사도 화학이고(1부), 지구의 암석과 바다, 대기 역시 화학이 다루는 대표적인 고체, 액체, 기체다 (2부), 지구에 터전을 잡고 살아가는 온갖 생물들의 삶은 화학으로 설명 가능하고 (3부), 이러한 지식을 화학이라는 단어로 설명하고 이해하고자 애쓰는 인간의 역사 역시 화학의 관점에서 바라볼 수 있다(4~5부). 그리고 귀소본능을 가진 연어처럼 은하수와 허공을 건너 새로운 세상으로 나아가고자 하는 인간의 열망 역시 화학 없이는 이룰 수 없다 (6부). 이 책을 손에 든 독자들의 화학 지식은 천차만별이겠지만, 태양과 공기와 풀벌레, 선사 시대와 제2차 세계대전과 우주개발까지 충분히 아우를 수 있는 화학의 넓은 오지랖(!)에 새삼 놀라지 않을 수 없을 것이다. 물론 전공 학문에 따라 의견의 차이는 있겠지만, 필자는 이처럼 어떠한 학문 분야와도 연계하고 소통할 수 있는 화학이야말로 진정한 '중심 과학 central science'이라 생각한다. 장구한 대우주 및 소우주의 역사를 100개의 화학물질로 소개한다는 것은 애초에 불가능한 과제다. 하지만 이 중에 독자의 마음을 유난히 울리는 화학물질 하나쯤은 있지 않을까?" (6-7p)