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.

화학반응과 실생황

화학반응, 매끄러운 충돌 ㅣ 선생님도 놀란 과학 뒤집기 13
최숙영 지음 / 도서출판성우 / 2002년 1월

현재 화학올림피아드 준비로 바쁜 와중에, 쉬는 셈 치고 이 책을 다시 한번 읽어보게 되었다. 아마 그때는 너무 어려서 어려운 내용이 너무 많았던 것 같다. 기억이 나지 않는 내용이 대다수였기 때문이다. 그때는 왜 이 재미있는 책을 잘 읽지 못했을까? 다행히도 개념이 쏙쏙 잘 이해되면서 읽을 수가 있었다. 

화학반응을 통해서 그간 우리가 궁금해했던 많은 것들을 설명해낼 수가 있다. 고대 연금술에 대해서는 많은 사람들이 알건 다 알고 있으리라 생각한다. 그도 그럴것이 값싼 금속으로 금을 만들어낸다는 허무맹랑한 생각을, 수많은 사람들이 믿고 있었다는 사실이 신기하기 때문이다. 하지만 이들이 이런 노력을 하게 된 배경에는 그들의 과학적 지식을 뒷받침했던 지식들이 숨어있다. 바로 당시에 유행했던 사원소설. 금의 원소 비율과 그 제조법만 안다면, 금을 만들어낼 수 있다는 것이다. 

실제로 이 연금술을 이용해 금을 만들었다는 사람들의 이야기가 전설처럼 전해지지만, 아무래도 그들은 그들조차도 속게 만든 화학의 새로운 반응에 의해 금을 만들었다고 믿었는지도 모른다. 한 사람은 수은을 이용하여 금을 만들었다고 하는데, 이들의 원자량이 매우 비슷하다보니 아마도 무게를 비슷하게 한 합금 또는 도금을 만들어낸 것이라고 보아야 할 것 같다. 

이 책에서 촉매의 중요성은 크게 강조된다. 촉매란 무엇인가? 보통 많이 들어본 말로, 어떤 반응이 빠르게 진행할 수 있도록 넣어주는 물질이라는 것이다. 예를 들어 인체의 몸에 있는 효소도 아주 중요한 촉매 중 하나로, 기질이라는 것이 존재해 자신이 필요한 것만 골라서 반응을 시킨다. 이로 인해 우리가 먹은 음식들이 잘게 잘게 분해되어 소화시킬 수 있는 것이다. 

이 촉매의 작용은 정확히 어떤 것인가? 우리가 산을 넘으려면 에너지가 필요하다. 물질도 마찬가지다. 다른 상태의 물질로 변하기 위해서는 이들에게 에너지가 필요한데, 이 에너지를 활성화에너지라고 한다. 활성화에너지가 크면 그만큼 물질이 다른 물질로 변하기가 힘든데, 이 촉매의 작용은 바로 활성화에너지를 작게 만들어주는 것이다. 이로 인해 반응이 빨라질 수가 있다. 

우리 주변에서 일어나는 과학이 이렇게까지 자세히 탐구되어 있는게 신기하다. 앞으로도 화학 공부를 열심히 해서, 노벨 화학상에 이름을 남기는 그런 대화학자가 되어보고 싶다.

과학으로 가득찬 우리의 세계

허걱!! 세상이 온통 과학이네 - 만화책처럼 재미있고 성적은 쑥쑥!
최은정 지음, 신동희.이선주 감수 / 랜덤하우스코리아 / 2007년 6월

EBS 인기강사 최은정 선생님이 쓰신, 과학을 어려워하는 아이들을 위한 책. 정말 아이들을 사랑해서 교육을 하고 있다는 게 느껴지는 그런 책인 것 같았다. 정말 상세하게, 어렵지 않게 많은 내용을 학습할 수 있도록 많은 주의를 기울인 책 같다. 정말 책을 읽고 나니, 세상이 온통 과학으로 가득 차 있는 게 느껴진다. 

이 책은 주로 중학생 대상이다. 최대한 어려운 개념과 용어가 나오지 않으면서도 이해가 잘 되도록 했다. 처음 접하면 매우 어려울 지도 모를 개념들을 영화속의 장면들을 편집해서 이해가 쉽게 보여준다. 특히 현재 내가 어려워하는 부분이 바로 탄소 화합물인데, 이 책에서 다양한 탄소 화합물에 관한 설명이 있어 쉽고 재미있게 공부할 수가 있었다. 

폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리스티렌등 다양한 탄소화합물, 곧 우리가 플라스틱이라 부르는 물질들이 있다. 플라스틱도 다 같은 종류의 플라스틱으로 보이지만, 그 재질과 특성, 단단함이 모두 다른 이유가 바로 이 플라스틱의 구조 성분이 다르기 때문이다. 원자구조같이 정확한 설명은 나오지 않았지만, 플라스틱들의 차이를 설명하고, 그들의 용도와 위험한 사항을 설명해준다. 플라스틱은 전부 뜨거운 것을 담으면 위험한 것들인 줄 알았는데, 벤젠 결합이 잘되어 있지 않은 폴리스티렌이 컵라면 용기등으로 쓰이면서 환경 호르몬을 배출시킨다고 하니, 앞으로 플라스틱 표장 용기 음식은 조심해야겠다. 

상족암 국립 공원. 코끼리 발자국이 새겨진 것 같다고 하지만, 이것들이 모두 예전 공룡 발자국이 남아있는 것이라고 하니 매우 놀라웠다. 예전에 두차례 가본적이 있는데, 그 생생한 모양의 공룡 흔적을 자연 그대로 바라보는 모습이 색달랐다. 이 공룡 발자국도 우리는 화석이라 부른다. 그러면 이 화석이 어떻게 남아있게 되었을까? 이 의문점을 시작으로, 선생님은 우리에게 침식 작용에 대한 설명을 자세하게 해 주신다. 

초등학생부터 고등학생까지 과학의 맥을 짚어준다는 그런 만병통치약같은 책. 정말 우리 주변의 삶 모두 과학으로 차 있다는 것을 느꼈다.

새로운 과학, 새로운 미래

과학동아 2010.8
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2010년 7월

이번 호는 표지가 조금 무섭게 나왔다. 납량특집, 좀비 실험실... 빨간 표지에 문을 두드리는 사내와, 뒤에서 오는 대여섯명의 좀비의 모습이 참으로 인상적인 표지이기에 이번 과학동아는 더 재미있어보인다. 과연, 이번호에서는 좀비를 어떻게 해석할까? 

아이티 좀비는 예전에도 뉴스를 장식하고 스펀지에서도 나올 정도로 그 실체가 매우 궁금한 존재였지만, 막상 확답은 나오지 않았다. 그들의 정체는 무엇인가? 루머일까? 아니면 그냥 꾸며낸 연극일까? 아니, 유령과 뱀파이어는 없어도 좀비는 '실제로' 존재했었고, 지금도 만들어낼 수 있다고 한다. 부두교 주술사가 만들어냈다는 재료들을 분석해보니, 그들의 재료엔 공통적으로 들어간게 있었다. 바로 복어 독과 자이언트두꺼비의 침, 그리고 독말풀의 독. 두꺼비의 침과 독은 환각작용을 하고, 복어 독은 매우 치명적인 독인데 주술사는 이 독을 이용해 사람을 가사상태로 만들어 죽은 것처럼 보이게 한 후 그들을 다시 꺼내어서 환각제를 먹여 자신의 노예로 부렸다고 한다. 

그럼 현대에는 이 좀비란 것들을 만들 수가 있을까? 5가지 대표적인 방법으로 사람을 조종하거나 변이시킬 수가 있다고 하는데, 아마 그중에선 해봐야 두 세가지 정도만 힙겹게 성공할 가능성이 있다고 하니, 그래도 이 무서운 존재가 조금이라도 생겨날 가능성이 있다는 사실이 매우 무섭다. 

디자인은 우리 생활을 차지하는 매우 중요한 요소이다. 스티븐 잡스도 경험에서 우러나온 이 생활의 디자인이란 것을 이용해 아이팟, 아이폰을 디자인해 크게 성공한 사례이다. 생활에서도 이 단순한 디자인이란 요소 덕분에 사람들의 인기를 크게 끄는 경우도 있고, 성능이 좋아도 돋보이지가 않아 실패한 사례가 많다. 

단지 재미있는 것으로 생각하고, 현실과는 동떨어진 것이라 여겨졌던 것이 과학적으로 분석하니 의외의 결과를 볼 수가 있었다. 앞으로도 단지 없는 것이나 이상한 것으로만 바라보지 않고, 과학적으로 탐구하는 자세를 지녀야겠다는 생각이 든다.

과학동아 7월호

과학동아 2010.7
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2010년 6월

이번에 과학동아 7월호가 도착했다. 이번에도 내 새로운 과학의 세계에 눈을 뜨게 해주기 위해 다양한 지식들을 안고 돌아왔다. 과연 이번에는 어떤 재미있는 사실들을 알아낼 수 있을까? 

베르나르 베르베르의 파피용. 이 소설은 태양풍을 이용한 거대한 우주범선으로, 희망이 사라진 지구를 떠나서 새로운 지구를 찾아 여행하는 그러한 철학적인 SF소설이다. 물론 실제로 이 책에서 제시한 여행법이 불가능하긴 하지만, 우주범선이란 점에서는 커다란 착안점을 제시했다고 한다. 거대한 돛을 이용하여 나는 이 태양풍 우주범선을 통해서, 이제 장기적인 여행도 얼마든지 가능한 셈이다. 

하지만 현재의 가장 커다란 문제는 이미 수많은 종들이 멸종하고 있다느 사실일 것이다, 20분에 지구상에서 한 가지의 종류의 동물이 사라지고 있다. 과연 이러한 빠른 속도로 멸종이 진행되고 있는지는 전혀 예상하지 못했다. 

현재 다양한 혁명이 진행되고 있지만, 동시에 다양한 퇴보도 진행되고 있다. 과학의 발전과 문제점을 파악하고, 두 사이의 균형을 맞출 수 있도록 해야 할 것이다.