실생활에 응용된 화학

상위 5%로 가는 화학교실 3 - 응용 화학
구자옥 외 지음 / 스콜라(위즈덤하우스) / 2008년 7월

ΔG =  ΔH - TΔS. 깁스 에너지는 엔탈피와 온도, 엔타르피에 의해 결정된다는 식이다. ΔG가 0보다 작으면 자발적 반응, 크면 비자발적 반응이라 할 수 있다. 그러면 자발적 반응이란 무엇인가? 예를 들자면 얼음이 실온에 놔두면 얼음이 주변에 열을 방출해 더 꽁꽁 어는게 아니라 얼음이 열을 흡수하면서 수증기 또는 물이 되는 게 정상이다. 가만히 놔두면 자연스레 한 방향으로 흘러간다. 그것이 바로 자발적 반응이며, 우리는 이를 무질서해지려는 현상, 곧 엔트로피 현상이라고 부른다. 

그러면 왜 이렇게 무질서한 방향으로 흘러가려는 것일까? 경우의 수를 살펴보면, A라는 공간에 네 개의 분자가 있다고 가정하고, A바로 옆에 크기가 같은 B라는 공간이 생겨나 분자 네 개가 있을 수 있는 공간이 네 개로 늘어났다. 이들이 자유자재로 움직일 수 있을때, 이들은 아마 A, B를 2개씩 채웠을 째 가장 무질서하고 가장 경우의 수가 많은 경우다. 그렇기에 사물은 질서 없는 방향으로 나아가길 좋아한다. 하지만 우리 몸에서까지 그렇게 생각하면 안된다. 우리 몸을 이루는 매우 정교한 DNA는 질서의 극치를 다다른다. 그렇기에 우리 몸이 무질서했다면, 우리가 인간으로 살아갈 수 없었을 것이다. 

현재 배우고 있는 부분은 전기 분해 부분. 많이 들어본 말이지만, 그 원리는 잘 이해하지 못하고 있었다. 산소 분자와 수소 분자가 만나면 물이 된다. 이 물은 액체고, 산소 분자와 수소 분자는 기체니까 당연히 안정해지는 방향이다. 그러면서 안정해지니까 이들은 열을 방출한다. 앞에서는 분명이 사물은 무질서한 방향으로 흘러간다면서, 왜 당연하다는듯이 안정한 방향으로 흘러가냐고 묻는 사람이 있다. 예를 들자면, 우리는 방을 어지럽히기 좋아한다. 이것이 우리가 말하는 무질서도이다. 하지만 무질서한 것과, 에너지가 넘쳐나는 것이 같은 것일까? 에너지가 너무 많아서 불안한 상태가 되는 것은 화학상에서는 질서있는 것만 못하다. 그래서 수소 분자와 산소 분자가 만나 물이 되면, 그들이 가지고 있던 에너지를 모두 방출하고, 안정한 상태로 있으니 그만큼 에너지가 나오는데, 이 나온 에너지만큼 에너지를 가해주면 물이 다시 산소와 수소로 분해될 수 있는 것이다. 

화학은 현재 배우고 있는 것으로 알아보자면, 정말 흥미있는 학문이다. pH가 1에서 14까지 표시되어 있던 이유와, 지금껏 내가 알고 있던 다양한 반응의 과정을 식으로 나타낼 수 있다는 사실이 매우 신기할 따름이다.