화학과 인간 세계

당신은 어릴 적에 어머니가 가루를 반죽하여 빵을 만드는 것을 보았을 때에 바로 어머니가 “화학자”라는 사실을 이해하였는가? 당신은 빵을 맛있게 먹었을 것이다. 그러나 당신의 몸은 대단히 복잡한 화학 공장으로서 빵을 소화시켜 그들을 신체 조직으로 만든다는 것을 알았는가?

이제 어른이 되어서 당신이 화학을 전공하지는 않을지 모르지만, 만일 화학 작용이 없다면 아무 생물도 살 수 없다는 것을 알 것이다. 만일 어떤 사람들이 화학을 천직으로 삼지 않았더라면 오늘날 우리가 사용하는 것 중 많은 것이 생겨나지 않았으리라는 사실을 인식할 것이다.

물론 화학자들이 화학 반응의 법칙을 만들지는 않는다. 그들은 단순히 연구를 하고, 실험을 하고 현미경과 같은 도구를 사용하여 법칙을 발견하고 이해하며, 어떤 결과를 얻기 위하여 그것을 적용하는 방법을 배울 뿐이다.

화학 연구의 산물로서 인간 생활에 깊은 영향을 준 것들은 폭발약, 연료, ‘플라스틱’, 종이, 강철, 유리, 세척제, 의약품 등등 이루 헤아릴 수 없다. 이러한 것들은 우리의 작업, 식사, 건축, 입는 옷, 여행 수단 등등 인간 생활 모든 분야에 영향을 주었다.

옛날의 과학

고대 ‘이집트’인들, ‘바빌로니아’인들, ‘아시리아’인들 및 ‘히브리’인들이 화학을 어느 정도나 이해하였는지는 모른다. 하지만 성서 역사를 보면 이러한 초기 문명 시대 이전에도, 심지어 4,300년 전, 즉 대홍수가 있기 전에도 사람들은 야금(冶金)에 대한 지식을 가지고 있었다. 거기에는 화학 지식이 필요하다. (창세 4:22) 그리고 그 후 ‘이스라엘’ 나라가 형성되기 전에 살았던 ‘욥’이라는 사람은 “철은 흙에서 취하고 동은 돌에서 녹여 얻느니라”고 말하였다. (욥 28:2) ‘이스라엘’의 ‘솔로몬’ 왕은 구리를 주조(鑄造)하였다. (열왕 상 7:46, 47) 또한 포도주 만드는 일이나 염료(染料), 잉크 제조 등 약간의 화학 지식을 요하는 산업이 있었다. 약품도 사용되었고, 방부 보전(防腐保全) 방법도 있었다.

원자 이론

하지만 현대에 들어와서, 물질의 구조에 관한 원자 이론(실상은 고대 희랍인들이 추측하였다)의 발달로 인하여 화학 분야가 급속도로 발전하였다. 사실 화학자들이 원자 이론의 발전에 큰 몫을 담당하고 있다.

이 이론에서는 원자가 기본적으로 세가지 입자(粒子) 곧 양자(陽子), 중성자(中性子), 전자(電子)로 되어 있다고 가르친다. 이들 입자가 서로 결합하여 원소를 이룬다. 원소(元素)는 보통의 화학 방법으로는 더 단순한 물질로 변경시킬 수 없는 물질이다. 그러므로 보통의 화학에서는 원소가 기본 물질이다. 순서에 있어서 다음 가는 단위는 분자(分子)인데 그것은 하나 혹은 그 이상의 원자로 구성된다. 다음에 두 가지 이상의 원소로 이루어진 화합물이 있다.

자연 상태에서 보통 발견되는 원소는 92종이다. 그 중 기체인 수소가 제일 가볍고, 백금은 제일 무거운 것 중 하나이다. 인공적으로 만들어낸 원소도 있어서 현재 알려져 있는 원소의 총수는 100을 넘는다. 지표에나 지상의 물 속에 가장 많이 들어 있는 원소는 동물과 식물에게 불가결한 산소이다. 산소는 또한 공기 중에 부피로 5분의 1을 차지하고 있다.

대부분의 원소들은 친화력(親和力) 곧 다른 원소에 이끌리는 힘이 있다. 불활성(不活性)인 것, 곧 거의 화학작용을 하지 않는 것은 소수에 불과하다. 원소를 여러 가지 방법으로 결합시켜 현존하는 각종 물질을 만들어 내는 방법은 사실상 무한정 많다. 가장 복잡한 분자는 생물 체내에서 발견된다. 수백개의 원자들이 대단히 복잡한 배열방법으로 결합되어 있는 커다란 여러 가지 단백질 분자들이 최근에 과학자들의 관심을 많이 끌고 있다. 그러한 분자들이 커다랗다고 하지만 분자로서는 전자 현미경을 통해서만이 “볼” 수 있다.

화학 법칙은 인간 복지에 도움이 된다.

여러 가지 화학적 결합 방법이 무수히 발견되었지만, 그러한 것들이 대단히 안정성이 있음을 볼 수 있다. 그러므로 원소를 관찰하여 만들어낸 원자 번호와 원자량의 표는 대단히 신빙성이 있으며 화학자들에게 유용하다. 화학 반응을 지배하는 어떤 법칙은 대단히 복잡하지만 일단 이해되고 나면 그것들이 대단히 질서 있게 모든 물질을 동일하게 지배한다는 것을 볼 수 있다.

원소들이 함께 결합하여 화합물을 형성하면 원소 자체와는 대단히 다른 특성을 가지는 때가 있다. 그러한 화합물 가운데는 염소와 ‘나토륨’의 화합물인 식염(食鹽)이 있다. 이 두 원소는 유독한 물질이다. 물은 기체들의 결합, 곧 수소 원자 두 개와 산소 원자 하나로 이루어진 액체인데, 여러 가지 면으로 우리의 생활과 복지에 도움을 주는 특성을 나타낸다. 물은 분자들이 액체 상태로 있을 때가 얼었을 때보다 더 밀접히 결합되는 비상한 특성을 가지고 있다. 그러므로 얼음이 물 위에 뜨는 것이다. 그렇지 않다면 얼음이 호수 바닥에 가라앉아 영구히 얼어붙어버리고 말 것이다.

또한 물이 보통의 다른 액체보다 열용량이 높은 것은 다행한 일이다. 그러기 때문에 다량의 물이 있는 지방에는 기온의 차가 크게 완만하다. 또한 용제(溶劑)로서도 물에 필적할 만한 액체가 없다.

산소는 활성이 강한 원소로서 다른 여러 가지 원소와 잘 결합한다. 이 때문에 그것은 물과 공기의 이상적인 청정제(清淨劑) 역할을 한다. 유독성 물질을 신속히 산화하여 무해한 물질로 만들어버리는 것이다.

화학이 인간 문제에 대한 해결책을 가지고 있는가?

화학이 인간 세계에서 중요한 역할을 하고 있기 때문에 그것은 흥미있는 연구 분야이며, 인류에게 편리하고 유용한 것들을 만들어내는 원천이기도 하다. 화학자들이 많은 것을 밝혀내기는 하였지만, 실상은 이 어마어마한 연구 분야의 “거죽을 긁었”을 뿐이다. 화학자들은 아직도 풀잎이 어떻게 자라며, 식물이 모든 동물의 먹이를 만들어내는 방법인 광합성 작용을 완전히 이해하지 못한다. 어느 과학자도 아직은 인체 내의 세포 한개를 만들어 내지 못하고 있다. 그 세포는 동시에 한 가지 내지 2천가지 서로 다른 화학 반응을 인으킨다고 한다.

화학에 의해 발전시킨 어떤 것들은 좋은 영향을 주지만 그들이 궁극적으로 어떤 영향을 주는가를 알지 못하기 때문에, 그리고 그들을 남용하기 때문에, 많은 문제가 일어나고 있다. ‘플라스틱’, 세척제, 약물 및 그리고 파괴 수단으로서의 여러 가지 것들은 인류를 위기에 처하도록 하였다. 분명히 화학이라는 과학도 다른 분야와 마찬가지로 평화, 건강, 생명 및 안전을 보장하는 세상을 만들어 내는데 있에서 인간이 무력함을 증명하였다.