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역사가 묻고 화학이 답하다 - 시간과 경계를 넘나드는 종횡무진 화학 잡담 ㅣ 묻고 답하다 4
장홍제 지음 / 지상의책(갈매나무) / 2022년 5월
평점 : 
『하나, 책과 마주하다』
화학이 이렇게 재미있던 분야였던가?
나는 본디 문과 체질인지라 생물과 화학에는 관심도 없던 사람으로 오로지 내게는 언어와 역사만이 재미를 주었다.
그런데 이렇게 화학이 재미있었다니!
학교에서 배웠던 형식적인 교과서가 재미있는 한 권의 책이라 생각하면서 공부했었더라면, 그 때 재미있게 공부했었을 것이라 자부한다.
문과생도 재미있게 접근할 수 있는 화학의 세계로 GO!
저자, 장홍제는 광운대학교 화학과 교수이며 과학과 실험 속에 낭만이 살아 숨 쉬고 있다고 믿는 화학자이자 잡지식 수집가, 데스메탈 마니아, 월드오브워크래프트 플레이어다.
좋아하는 것을 좋아한다고 이야기하는 것은 부끄러운 일이 아니라 생각하기에, 평소 화학이 좋아서 화학을 공부한다고 당당하게 말한다.
화학에 빠져 계속 물질의 비밀을 탐구하지만 여전히 그 끝이 보이지 않는다는 사실에 아름다움을 느낀다. 최근에는 세상에서 가장 작은 물질의 변화를 추구하는 나노화학 연구에 집중하고 있다.
낮에는 논문을 쓰고 밤에는 책을 쓴다.
Ⅰ 역사에는 화학이 있었다
"죄인은 사약을 받으라!"
사극을 보면 사약으로 처형당하는 장면을 종종 보곤 한다.
그럴 때면 한 번쯤은 사약에 대해 궁금증을 가지기도 한다.
사약을 마시면 바로 죽는 건가?
곧장 기절해 죽는 건가?
사약은 곧 독약이니 구토 증상이 바로 나타나지 않을까?
그렇다면 사약은 어떻게 만들었던 것일까?
난 사약에 대해 궁금증을 가져본 적은 없지만 어릴 적에 그런 생각을 한 번쯤 해본 적이 있다.
저 사약은 한약의 일종인 건가? 무엇으로 만들어진 것일까?
대부분 사약을 보면 겉보기에 한약과 같은 색을 띄고 있다.
사약의 한자 표기를 살펴보면 죽음에 이르게 하는 약이 아닌 '하사받은 약'이라는 의미를 가지고 있다.
참형이나 능지처참과 같은 신체에 직접적인 훼손을 주는 형벌이 아니기에 적어도 명예는 지킬 수 있어 사대부나 왕족 정도의 인물이 사약으로 처형되었다고 한다.
실제 사약으로 처형당한 인물에 대해 기록이 남아 있는 것이 없어 당시 취급이 가능했던 천연물로 만들어졌을 것이며 독이라는 것만은 분명했다.
사약의 주재료로 생각되는 식물은 바로 '투구꽃'이다.
관상용으로는 예쁘지만 뿌리에 강한 독이 있는 식물로 그 안에는 아코니틴이라는 물질이 들어있다고 한다.
자연적으로 식물이 체내에서 합성한 유기 화합물 중 질소를 포함하고 있는 물질이며 인체에 영향을 미치는 종류를 알칼로이드라고 구분한다.
양귀비의 덜 익은 꼬투리에서 모은 유액으로 만든 아편의 중요 성분인 모르핀이나 키나나무 껍질에서 추출되어 말라리아 기생충 치료제로 사용대는 퀴닌이 대표적인 알칼로이드다.
인체에 해로운 영향을 끼치는 알칼로이드는 매우 다양하며 벨라도나나 미치광이풀 줄기에서 얻을 수 있는 아트로핀은 신경 작용을 차단해 마비 혹은 사망을 유발하고 마전자 나무 씨앗에서 발견된 스트리크닌 또한 근육 경련 및 질식을 일으킨다.
하지만 아트로핀이나 스트리크닌을 문제를 일으키지 않을 정도의 소량을 사용한다면 수술 보조제, 각성제나 위장병 치료약 등으로 효과를 얻을 수 있다.
투구꽃의 아코니틴 역시 대표적인 알칼로이드 물질로 체내에서 신경 신호를 전달해 생명 유지, 호흡과 관련한 모든 조절에 작용하는 소듐 이온 통로를 여는 작용을 한다.
이로 인해 호흡곤란과 신경발작을 포함한 심정지가 일어나는 것이다.
한의학과 관련된 책이나 드라마를 보면 부자라는 말이 나오는데, 그 부자가 바로 투구꽃이다.
투구꽃의 뿌리는 줄기에 연결된 큰 덩이뿌리인 초오와 주위에 연결된 더 작은 덩이뿌리들인 부자로 나뉜다.
부자는 뜨거운 성질의 약초로 냉증을 치료할 수 있으며 효능을 살리고 독성을 줄이기 위해서는 다양한 방식의 법제 과정이 필요로 한다.
즉, 열처리를 하지 않은 부자 생즙을 사용한다면 사약의 효과는 더 극대화되는 것이다.
신기한 것은 부자가 속한 미나리아재비과 식물들은 알칼로이드 독을 포함하고 있어 초식 동물들도 먹지 않고 피한다는 것이다.
중드 사극을 보면 以毒制毒이란 대사가 나오곤 한다.
이독제독은 독으로 독을 다스린다는 의미로, 부자도 관련되어 있다.
앞서 설명했듯이 부자가 소듐 이온 통로를 열어 신경 손상을 일으킨다고 언급했었다.
그렇다면 소듐 이온 통로를 차단하는 약으로서 적절하게 조절할 수 있지 않을까 하는 의문이 생길 것이다.
가능할까? 실제 가능하다고 한다.
바로 사이안화 포타슘의 약 1000배에 달하는 신경독인 복어 독, 테트로도톡신이라면 말이다.
아코니틴이나 테트로도톡신 모두 수십 분 내로 사망할 수 있는 위험한 독인데 실제 일본에서 투구꽃 살인사건이 있었다고 한다.
1980년대에 보험금을 노리고 남편이 아내를 독살하게 되었는데 1시간 40분의 시간이 흐른 후에 증상이 발생해 독의 종류와 살해 방법을 증명하지 못하다가 투구꽃의 독과 복어의 독을 함께 복용시키는 방법으로 죽였음을 알아냈다고 한다.
이렇듯 독은 인류의 역사에서 떼어놓고 논할 수 없는 것이다.
서양에서는 사약이 아닌 조금 더 공개적인 방식으로 사용되었다고 하는데, 바로 '상속의 가루(inheritance powders)'이다.
비상과 비소는 완전히 다른 물질이라고 한다.
비상은 산소, 황 등 다양한 원소들과 비소가 결합해 있는 형태이며 비소는 순수한 하나의 원소이자 비상의 핵심 구성요소라고 한다.
비소는 독일의 자연과학자인 알베르투스 마그누스가 웅황을 비누와 함께 가열애 처음으로 분리하는 데 성공했었다.
분리된 비소는 공기 중에서 가열하는 방법 등을 통해 산화되면 강한 독성의 산화 비소로 변화하는데, 이 때 특징이 맛도, 냄새도 없는 하얀 가루 형태라 음식에 넣어도 전혀 알아차릴 수 없다는 것이었다.
이렇듯 비소, 즉, 산화 비소 화합물은 권력이나 재산 상속을 위해 암살하는데 사용되었으며 독을 이용한 살인은 로마 제국에서 성행하였다고 한다.
이렇게만 봐도 세상에는 수많은 독성 물질이 존재한다.
현재 비소는 반도체 제조에 사용하기도 하고 항암 치료제로 쓰기도 한다.
사약에 어떤 독극물을 넣었었는지 추측만 할 뿐 확신을 갖고 단언할 수 없는 이유는 당시 지식의 깊이와 기술들에 대한 기록이 현저히 부족하기 때문이다.
독이 곧 약이고 약이 곧 독이라는 역설적인 표현은 의외로 가장 올바른 표현입니다. 과거의 진실은 결국 드러나지 않았지만 과학의 발전과 지식의 발전은 독을 약으로 탈바꿈시켰습니다. 하지만 이 모든 진보가 독이 더 이상 위험하지 않다는 것을 의미하지는 않습니다.
Ⅱ 화학은 세상을 어떻게 바꿨나
연금술이란 단어를 떠올려보자.
큰 책상 앞에서 이리저리 움직이는 연금술사가 있다.
비커 안에 담긴 액체는 부글부글 끓어 오르고 있는 상태이다.
그 때 실린더를 이리저리 흔들다가 스포이드를 이용해 물질을 쭈욱 빨아당겨 비커 안에 소량을 떨어뜨린다.
그리고, 펑!
약 300년경 이집트에서 본격적으로 시작된 연금술은 꽤 긍정적인 영향을 만들어냈었다.
탄압이나 마녀사냥을 피하기 위한 비밀스러운 기호와 그림 또한 이후 원소가 만들어지는 데 큰 역할을 하기도 했으니깐.
그렇다면 금과 현자의 돌 그리고 증식이란 무엇일까?
금속은 '열이나 전기를 잘 전도하고 강한 힘을 가하면 넓게 펴지거나 길게 늘어나는 성질이 풍부하며 특수한 광택을 가진 물질'로 정의된다.
세상에는 수많은 금속이 존재한다.
금속으로 분류되는 원소들로 한정해도 무려 91가지로 추려지며 지금까지 발견한 모든 원소 중 75% 넘는 비율이 금속일 정도이다.
금색이라는 고유명사로 색상이 대표될 만큼 노란색과는 전혀 다른 느낌을 주고 있다.
금빛은 빛과 온기를 주는 태양의 색이었으며 색이나 광택에서도 산화되지 않는다는 화학적인 성질이 더 높은 가치를 부여받아 신성한 금속으로 여겨지기 시작한 것이었다.
금은 산소와 쉽게 결합하지 않는 금속 원소이기에 금광석이나 사금과 같은 금 본연의 모습으로 바로 얻을 수 있으며, 물과 공기에 노출되면 서서히 녹스는 철과는 달리 금은 오랜 시간이 지나도 그대로의 모습을 유지한다.
연금술 역시 금의 가치를 추구하는 학문이다.
낮은 가치의 금속을 귀중한 금으로 바꾸는 연구는 이후 의화학의 시초가 된 방향이었던 병든 몸을 새롭게 바꾸는 연구라 볼 수 있는 것이다.
이는 이루어질 수 없는 목표였기에 이 목표에는 꼭 필요한 것이 있었으니, 바로 궁극의 목표이자 물질인 '철학자의 돌'이었다.
철학자의 돌은 현자의 돌이라고도 부른다.
일반적인 금속을 금으로 바꾸는 능력은 물론 영원한 생명을 얻을 수도 있게 해준다.
이 명칭은 연금술의 기본이 세상의 근원에 대한 철학적 생각에 뿌리를 두고 있다는 것과 관련이 있는데, 뜨겁고 건조한 불, 습하고 뜨거운 공기, 차갑고 습한 물, 건조하고 차가운 흙 등 4원소로 세상이 이루어졌다는 생각이 시작점이 된다.
어쩌면 말하고자 하는 네 원소는 변질되어 보이기까지 하는데 결국은 원소가 변화하고 물질이 변화할 수 있다면 당연히 금속도 변화할 수 있을 테니 당연한 이치이기도 하다.
철학자의 돌을 만드는 첫 단계이자 일반 금속을 금으로 변화시키는 첫 단계는 수은에서부터 시작되었다.
수은은 금과 가까이 있는 금속 원소이자 상온에서 액체 상태로 유일하게 존재하는 금속으로 이는 연금술의 상징인 헤르메스 Hermes 의 또 다른 이름으로 통하기도 한다.
수은에 금속을 넣어 액체 상태의 합금으로 만드는 과정이 첫 단계이며, 이를 땅에 묻거나 보관해 부패시키는데 이는 실제로 부패하는 것이 아니며 검은색으로 변화하는 흑색 작업 단계로 파괴를 통해 균일하게 만든다는 것을 의미한다.
그 후 정화가 이루어져 백색 단계를 거쳐 태양 빛과 같은 황색에 이른다.
성공적으로 진행하게 되면 철학자의 돌과 같은 붉은색 물질이 탄생하는데 흑, 백, 황, 적의 네 가지 물질 변화가 이루어지는 과정이 위대한 작업이라고 불리며 이 때가 가장 고귀하고 중요한 단계라고 한다.
그렇게 이어지는 단계가 바로 증식이다.
증식은 만들어진 물질의 양을 증가하도록 하는 것인데, 발효 등을 예로 들 수 있다.
증식까지 도달했다면 연금술의 마지막 단계인 투영이 뒤따르게 된다.
투영은 철학자의 돌을 다른 물질이나 인간의 몸에 덮어씌워 금을 만들어내거나 영생을 이뤄내는 최종 단계를 의미하며 위대한 작업의 종착지에 해당한다.
그러나 이후 연금술을 금지하는 법이 만들어지게 되었는데 이유는 금의 양이 늘어난다는 결과 때문이었다.
간단한 이유지만 사회 경제적 문제를 일으킬 수 있는 주 원인이 될 수 있어 사전에 차단할 수밖에 없었다.
긍정적인 효과를 기대하며 만들었어도 누군가는 악용하기 마련이니깐.
연금술은 마술과 과학, 신앙과 신비주의가 뒤섞였기에 역사 속 과학 분야 중 가장 흥미로울 수밖에 없으며 특히 문학작품에 많은 영향을 끼쳤었다.
지금은 화학과 과학의 진보로 금의 영원함, 반짝임의 원리나 표면적 의미 등을 이성적으로 보고 있다.
즉, 물질적인 집착을 넘어 보다 실용적이고 유용한 목적으로 바라보고 있는 것이다.
살바도르 달리가 말했다. 모든 위대한 예술은 연금술에서 태어나고 죽음을 초월한다. 하지만 나는 초의식을 통해 내면을 초월하여 금을 만든다고.
Ⅲ 인간은 화학을 어떻게 사용해야 할까
이번 우크라이나-러시아 전쟁을 통해 죄 없는 우크라이나 국민들이 얼마나 많은 고통을 받고 있는지 모른다.
끝이 보이지 않는 전쟁, 지금 이 시대에 전쟁이 웬 말인가.
인간은 전쟁에서 승리하기 위해 여러 형식의 무기를 만들어왔고 이 과정에서 과학이 발전했다는 사실도 부정할 순 없다.
과거 단순히 화살을 쏘고 칼을 휘두르는 물리적인 대응을 넘어 간편하게 목적을 달성할 수 있는 대규모의 불꽃, 화약 그리고 폭발물이 탄생하였기 때문이다.
심지어 불필요한 희생 없이 타인을 제압할 수 있는 목적으로 마비나 혼절 등을 가능케 하는 무기도 개발되었고 진압을 목적으로 최루 또한 만들어졌다.
최루는 눈물이 흐르도록 만든다는 뜻으로, 자극적인 향과 맛을 가지는 물질이 가루의 형태로 눈이나 코의 점막에 접촉하게 되면 고통을 느끼는 동시에 눈물과 콧물을 흘리게 된다.
이렇듯 최루의 최종 목적은 참고자 하는 의지와는 무관하게 눈물이 흐르게 만들어 시야를 차단하고 행동을 봉쇄하는 것에 있다.
화학은 인류의 삶과 세상에 양면적으로 작용하는 모습을 보이고 있다.
화학무기 또한 마찬가지다.
"중요한 것은 우리가 그 의미와 중요성을 알아야 한다는 것이다."
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화학이 이렇게 재미있었다니!
교과서가 아닌 책 한 권은 얇든, 두껍든 간에 마냥 재미있게만 느껴졌었다.
그 습관이 이어져 언어와 관련된 국어, 영어 그리고 한국사, 세계사를 그렇게 좋아했었나 보다.
과학에서 딱 한 분야만 좋아했었다. 바로 지구과학이다.
지금도 지구과학과 관련된 책은 꾸준히 보고 있지만 화학과 생물에는 그다지 손이 안 가는 건 어쩔 수 없는 사실이다.
그런 내가 이렇게 화학을 재미있게나 읽다니!
학창 시절, 누군가가 생각의 전환에 대해 뇌리에 박힐 만큼 조언해 주었다면 더 재미있게, 더 깊게 공부할 수 있었을 거란 생각도 든다.
역사와 화학의 조합은 첫 장부터 마지막 장까지 몰입하게 만들었고 성인뿐만 아니라 학생들도 많이 읽어봤으면 좋겠다는 생각이 들었다.
