우아한 화학

‘일상을 바꾼 화학’을 주제로 읽기 좋고 이해하기 쉬운 지식 정보를 제공합니다. 인간 삶을 한차원 높은 수준으로 개선한 화학사를 포함합니다.

화학은 인류사에 지대한 영향을 끼쳤습니다. 슬프게도 ‘공공의 적’ 취급을 받을 때도 있지만 인류 문명 발전에 한몫 했음을 부인하는 사람은 드뭅니다. 화학을 포함한 과학은 일상의 수많은 불편을 편리함으로 바꿨습니다. ‘라떼는 말이야’를 시전하면 조용히 따돌림 받지만 그것도 괜찮습니다. 화학이 없었다면 현재의 농업, 미술, 예술 등이 아직도 근대화 이전의 미미한 단계에 머물러 있었을 테니까요.

배설물을 차지하려는 전쟁

농업부터 시작합니다. 농업에는 여러 가지 충분조건이 필요한데 질소도 그중 하나입니다. 대기의 70%를 차지할 정도로 흔한 원소입니다. 하지만 대기 중 질소는 삼중 결합으로 강력하게 붙어있기 때문에 농사에 사용하기 어렵습니다.

같은 땅에서 몇 년 동안 농사를 지으면 어느 순간부터 농작물이 잘 자라지 않습니다. 과거에는 이를 땅의 기력이 쇠했다고 여겼습니다. 단순히 토양에 질소가 부족해 일어난 현상인데 말입니다.

옛사람들은 동물의 배설물로 비료를 만들어 질소를 구했습니다. 강대국들은 인도의 초석과 남미의 구아노를 가져와 조금 더 나은 비료를 만들었습니다. 인도 초석은 소의 배설물, 남미의 구아노는 바닷새의 배설물이 각각 쌓인 암석입니다.

19세기가 되면서 한계에 이릅니다. 세상 모든 배설물을 끌어다 써도 늘어나는 인구를 감당할 수 없는 지경이 됩니다. 당시 학자들은 인구 한계를 약 20억 명으로 예상했는데 이미 15억 명을 넘어서고 있었습니다.

인류는 화학에서 답을 찾았습니다. 독일의 화학자 프리츠 하버(Fritz Haber)가 질소 분해에 성공해 암모니아를 합성합니다. 이를 바탕으로 카를 보슈(Carl Bosch)가 화학비료 대량생산에 성공합니다. 두 사람과 화학회사 바스프(BASF)의 노력으로 대규모 농업이라는 새로운 시대가 열립니다.

보라색 드레스는 권력의 상징

화려한 색상의 옷이 흔합니다. 물감으로 그림을 그리고 다양한 색의 문화재를 감상합니다. 염료는 물이나 기름 등에 녹여 사용합니다. 반면 안료는 합성수지를 이용해 고착시키는 고체 물질입니다. 옷감은 염료로 색을 내고 그림은 안료로 색을 표현합니다.

화려한 세상은 그리 오래되지 않았습니다. 화학자들이 다양한 염료를 합성하고 인조염료를 개발하지 않았다면 여전히 흑백의 세상을 살아가고 있을 겁니다.

영국의 유기화학자 윌리엄 헨리 퍼킨(Sir William Henry Perkin)이 대표적입니다. 그는 1856년 화학 실험을 하다가 우연히 보라색 색소를 발견합니다. 사람의 손으로 처음 합성해 만든 아닐린 염료입니다. 퍼킨은 이후 런던 교외에 공장을 세우고 연구를 거듭해 몇 개의 합성 염료를 추가로 개발합니다.

당시 서양에서 보라색은 로열 퍼플(Royal Purple)이라고 불릴 만큼 귀했습니다. 염료 기술이 없던 시절 달팽이나 조개 같은 연체동물에서 색을 얻었습니다. 보라색 염료 1g을 얻으려면 무려 9천 개의 조개가 필요했습니다. 퍼킨의 기술은 매번 학살당하던 조개 9천 개를 살린 셈입니다. 그는 인조 염료 공업의 선구자이자 대단한 환경 지킴이입니다.

문화재 보존도 화학의 영향이 큽니다. 특히 그림이나 벽화는 물리적ㆍ화학적 균형을 고려하지 않고는 접근이 불가능합니다. 오래된 명화는 안료층의 고착력이 약해져 박리 현상(공기의 흐름이 표면에서 떨어져 나감을 의미함)이 일어납니다. 아주 미세한 외부의 충격도 위험합니다. 연구 초기 엑스선이나 레이저, 초음파 등 비파괴 장비들을 동원하지 않으면 관찰조차 불가능합니다.

지구를 살리는 미래 화학

화학은 편리하고 다채로운 세상을 만든 일등공신입니다. 배설물에 의존했던 인류를 바꿨고, 소수만이 누렸던 색의 권력을 다수에게 나눴습니다. 플라스틱도 마찬가지입니다. 최초의 플라스틱은 코끼리 상아로 만들던 당구공을 대체하고자 개발됐습니다. 플라스틱이 없었다면 인류는 지금과 같은 번영을 누리기 어려웠을 겁니다.

석탄과 석유는 어떨까요. 인류가 이 정도 에너지를 사용하려면 세상 모든 나무를 베고 물을 써도 불가능합니다. 어찌 보면 화석 연료가 자연을 보호한 셈입니다. 물론 지금 탄소는 가장 시급한 해결 과제입니다.

생각보다 더 많은 분야에 화학이 깊은 뿌리를 둡니다. 초기에는 작은 발견에 불과했으나 큰 성과로 이어진 결실들이 많습니다. 일상에 통용되는 기술과 연구 업적 모두 그렇게 등장했습니다.

80억 인구는 사실 인위적입니다. 인위적인 상태를 유지하려면 인위적인 기술이 필요합니다. 그래야 우리가 살아갈 지구를 지킬 수 있습니다. 과학 기술은 아무런 성취 없이 단번에 이뤄지지 않습니다. 앞으로도 화학은 더 나은 사회와 환경보호라는 공동의 목표를 위해 새로운 무언가를 끊임없이 개발하고 자기 역할을 해낼 겁니다. 이제까지 모든 과정을 성찰하고 성과를 인정하는 동시에 흥미로운 변화가 지속되기를 기대합니다.

엠클래스의

참고 · [세상을 움직이는 화학 : 화학 없이는 세상도 없다] 최원석 · 2015