세상을 이해하기 위한 최소한의 화학 (100개의 물질로 읽는 생명과 우주, 인류의 미래)

세상을 이해하기 위한 최소한의 화학 (100개의 물질로 읽는 생명과 우주, 인류의 미래)

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Description
세상은 화학으로 쓰여 있다!

태초의 우주로부터 시작된 암호를 풀어
별과 생명의 탄생, 인류와 문명의 진화를 거쳐
다시 광활한 우주를 탐사하는 100가지 화학 이야기
2024년, 인공지능(AI) 전문가들이 노벨 물리학상과 화학상을 연이어 수상해 세상이 떠들썩했다. 실험실이 아닌 컴퓨터상에서 과학 연구가 이뤄지는 새 시대의 신호탄이었다. 하지만 인공지능이 데이터로 결과를 예측하는 시대가 와도, 역설적으로 ‘물질’ 자체에 대한 본질적 이해는 오히려 과거보다 더 중요하다는 데는 이견이 없다. 데이터의 환각(Hallucination)을 가려내는 일도, 연구 결과에 해석과 가치를 부여하는 일도, 결국은 물질의 기본 원리를 꿰뚫고 있는 인간의 통찰에 달렸기 때문이다.
《세상을 이해하기 위한 최소한의 화학》은 100개의 화학물질로 우주의 탄생부터 현대 문명과 인류의 미래까지를 관통해 서술한다. 원시우주의 수소 원자부터 첨단소재 탄소나노튜브에 이르기까지 각각의 물질은 독립적으로 읽기 쉽게 구성되었지만, 단순한 백과사전식 나열이 아니다. 서사적 연결성을 고려해 유기적으로 이어지며 독자가 자연스럽게 더 큰 그림을 이해하도록 설계되었다. 원초적 우주에서 생겨난 원자에서 출발하여(1부), 지구의 암석과 대기 그리고 생명체를 구성하는 분자(2~3부), 인류 문명과 산업을 견인해 온 합성물(4~5부), 나아가 미래 우주 시대를 추동하는 신소재(6부)까지, 100가지 물질의 과학적 원리와 결과물을 촘촘하게 톺아보는 가운데 생명과 우주를 연결하는 빅히스토리가 한눈에 그려진다.
저자 김성수는 수많은 화학물질 가운데 100개만 골라 세상의 이야기를 재구성하는 일이 “나침반 없이 남극의 광활한 설원 위에 홀로 덩그러니 놓인” 듯 곤혹스러웠다면서도, ‘물질세계’에 푹 빠져 살아온 천생 화학자로서의 면모를 유감없이 발휘한다. “어떠한 학문 분야와도 연계하고 소통할 수 있는 화학이야말로 진정한 ‘중심 과학’이라고 생각한다”는 저자를 따라 세상을 종횡무진 누빈 독자들은 어느덧 AI 시대가 두렵지 않은 중심축을 갖추게 될 것이다.
저자

김성수

서울대학교에서화학과물리학을전공하고최우수졸업(숨마쿰라우데)을했다.고분자화학연구로동대학원화학부에서박사학위를취득했고,박사후연구원으로미국미네소타대학화학공학과에서연구를수행했다.〈카번(Carbon)〉등국내외저널에40여편의논문을게재하며학계에서활발히활동하고있다.현재한국과학기술연구원(KIST)전북복합소재기술연구소선임연구원으로재직하며,다양한고분자물질이탄소소재로전환되는과정과결과를연구하는데힘쓰고있다.지은책으로《읽자마자과학의역사가보이는원소어원사전》이있다.

목차

들어가며

1부.가장작은우주로부터
001수소원자:가장작은원자
⁜원자의생김새
002중수소:동위원소의등장
003헬륨기체:최초의비활성기체
004알파입자:불안정한핵의붕괴
005삼중수소:또다른붕괴
006수소분자:공유결합을통한이원자분자의등장
⁜원자의구성
007일산화탄소:다양한성간물질의형성
008풀러렌:우주에서영감을받아만들어진아름다운분자
009니켈:가장안전한원자핵
010철:별의죽음과새로운원소들의탄생

2부.창백한푸른점,지구
011외핵:지구자기장방어막의원천
012석영:지각에제일풍부한광물
013백운모:비늘처럼벗겨지는광물
014현무암:구멍이숭숭뚫린제주도의상징
015황동석:구리를품은광석
016자철석:쇠붙이가달라붙는광석
017석회암:바다생물의껍질이만들어낸돌
018다이아몬드:가장단단한탄소동소체
019라돈:지상의자연방사선020물:바다를이루는액체
021염화소듐:바닷물이짠이유
022염화마그네슘:두부제조에꼭쓰이는간수
⁜이온화합물
023질소기체:과자봉지속기체
024산소기체:생명체호흡의필수요소
025이산화탄소:지구온난화의원인
026아르곤:비활성기체발견역사의시작

3부.모든생명체는별의자손이다
027셀룰로스:식물세포벽을구성하는주요고분자
028리그닌:식물을지탱하는단단한고분자
029알진산:해조류를구성하는주요고분자
030엽록소:광합성의필수색소
031베타카로틴:당근의색깔을내는카로틴
032사이아니딘:포도와베리의색깔을내는화청소
033포도당:광합성의제일목적
034녹말:식물이생산한에너지저장고
035아데닌:유전정보를품은염기분자
036포스파티딜콜린:동물세포막을구성하는이중층
037글라이신:가장간단한아미노산
⁜유기화합물의기능기
038수산화인회석:뼈와치아를구성하는무기물
039알파아밀레이스:음식이처음만나는소화효소
040인슐린:혈당을제어하는호르몬
041글리코젠:동물이생성한에너지저장고
042트라이글리세라이드:지방의다른이름
043티아민:생리작용을조절하는비타민
044아데노신삼인산(ATP):에너지대사의핵심
045탄산:혈액의항상성을유지하는화학
⁜산과염기
046헤모글로빈:산소와이산화탄소의운반
047아세틸콜린:시냅스사이신호를전달하는전령
048도파민:뇌의신경전달물질
049세로토닌:우울한이들에게행복감을
050베타엔도르핀:인체가생산하는궁극의진통제

4부.인류의발견에서문명의발전으로
051청동:금속도구의등장
⁜고대사회교역과청동
052강철:현대산업의쌀
053고령토:도자기의핵심성분
054시멘트:인류가애용한건축재료
055석탄:고대식물이남긴선물
056메테인:액화천연가스의주성분
057헨트라이아콘테인:파라핀왁스의정체
058아세틸렌:고온용접불꽃의원료
059벤젠:케쿨레의꿈
060질산포타슘:전쟁의필수품
061수크로스:달콤한유혹
062아세트산:입안에침이고이게하는맛
063캡사이신:혀가얼얼해지는화끈한맛
064글루탐산소듐(MSG):해조류에서얻어낸감칠맛의정체
065아세트산아이소아밀:과일의향기
066푸트레신:부패의악취
067에탄올:술의주원료
068자일리톨:충치잡는분자
069아세트알데하이드:숙취의원인
070카페인:교황의축복을받게된악마의음료
071니코틴:애연가를정복한담배연기속정체
072모르핀:역사를바꾼마약
073인디고:청출어람

5부.화학합성의양날
074요소:무기물이유기물로전환되는화학
075암모니아:공기에서빵을만드는화학
⁜르사틀리에의원리
076아스파탐:합성인공감미료의시작
077아질산소듐:더맛있게보이는고기와생선
078아세틸살리실산:만인의해열진통제
079벤질페니실린:수많은사람을살리게된우연
080모베인B:유럽을매료시킨자주색합성염료
081프러시안블루:유럽을매료시킨푸른빛의합성안료
082베이클라이트:최초의플라스틱
083메틸고무:최초의합성고무
084나일론:최초의합성섬유
⁜고분자합성
085폴리에틸렌(PE):플라스틱전성시대
086사이안화수소:홀로코스트의비극
087우라늄-235:제2차세계대전의끝과새로운공포의시작
088이산화황:대기속황산
089이산화질소:각종대기오염의원흉
090오존:지구를살릴수있다는희망

6부.다시끝없는우주를향해
091규소:현대반도체문명의기반
092질화갈륨:찬란한푸른빛을내는반도체
093루비:초장거리레이저광통신의가능성
094리튬:전기문명의도약을이끌2차전지의핵심소재
⁜리튬이온전지의구조
095할로젠화메틸암모늄납:페로브스카이트태양전지
096백금:연료전지의촉매
097질화붕소:우주방사선을막는2차원소재
098케블라:질기고강한섬유
099폴리아크릴로나이트릴(PAN):고성능탄소섬유의출발
100탄소나노튜브(CNT):우주로떠나는엘리베이터

나가며
미주

출판사 서평

돌멩이와바닷물,대기를이루는것은무엇일까?
생명체는어떤구조로움직이고유지하고살아갈까?
인류는화학에서어떤기회와즐거움을찾아냈을까?


어떠한학문분야와도연계하고소통할수있는
화학이야말로진정한‘중심과학’

《세상을이해하기위한최소한의화학》은“화학은별에서시작된다”는명제(《화학이란무엇인가?》를쓴피터앳킨스의말)로시작한다.음식·약품·신소재등일상에관한궁금증에서출발하는생활밀착형화학책들과사뭇다르며,교과서식으로무기화학·유기화학·분석화학같은전문하위분야를나열하지도않는다.최초의원자에서출발해100가지화학물질을간결한연대기식구성으로다루지만,자연사적·과학사적맥락속에서인간사회와의연결고리를중심으로이야기를풀어내우주-지구-생명-문명-산업-미래를잇는서사를완성한다.

연쇄적인핵합성과초신성,우주공간전체에서벌어지는역동적인물질간화합의결과는문자그대로극적이었다.그결과무한한공간의일부에서새로운별이만들어졌고…그별이내뿜는빛에기대어사는식물이지구상에나타났으며,그식물이만들어내는물질을먹고사는동물도세상에모습을드러냈다.그리고우주를구성하는모든존재는화학물질을매개로서로소통해왔다.

물리학이다루는우주의기원은원자와분자의탄생으로연결되고,지구과학이설명하는환경은광물과대기와해수의성분으로구체화된다.생물학의생명현상은고분자와효소의대사로환원되고,역사학과사회학과경제학이다루는문명과전쟁과산업은천연자원과합성물등의에너지와기술로재해석된다.화학이모든자연과학을연결하는중심과학이라는저자의말이허언이아님을증명하듯탄탄하고설득력있다.
많은사람이암호처럼난해한주기율표로화학을기억한다.혹은호기심을자극하는우연한발견이나실패담의역사로접근하는데그치곤한다.이책은분절적으로보이는물질의원리를통합적세계관으로추적하며현상을이해해보는,색다른화학독법을제공한다.독자는화학을‘외워야할지식’이아니라‘이해의틀’로다시보게된다.


물질의원리와현상을분석하는화학적사고법은
현실문제를해결하는가장강력한도구

각장에서물질을들여다보는방식은다음과같다.핵융합/전자껍질/공유결합/산화와환원/평형등화학적원리를바탕으로→수소/철/엽록소/포도당/암모니아/실리콘등각각의물질을살펴본후→별의진화/생명유지/환경문제/기술혁신등의현상을설명하는식이다.
예를들어3부(모든생명체는별의자손이다)에서는셀룰로스/엽록소/포도당/ATP/신경전달물질등생명유지에핵심적인분자들을소개하며,“생물이란결국탄생하여소멸할때까지능동적인화학반응을통해끊임없이외부와화학물질을주고받는거대하고정교한분자조립체”라는화학적관점으로생명현상을이해하도록돕는다.4부와5부에서는청동/강철/수크로스/시멘트같은물질문명부터의약품/염료/플라스틱같은합성물의빛과그늘까지,화학의성취와위험을균형있게다루며현대를비판적으로검토할학문으로주목하기도한다.

인류는축적한지식을바탕으로지구상어떠한생명체도시도하지않았던새로운모험을벌인다.바로존재한적없던새로운물질을화학법칙을기반으로새로이합성하는일이었다.…덕분에인류사회는삶의질을높여주는갖가지화학물질의축복으로전례없이팽창했다.하지만이는인류사회를파멸로이끄는전쟁과환경오염같은문제를야기하기도했다.

이렇듯자연이따르는보편적규칙이있고,그원리가구현된형태가물질이며,그토대위에우리가관찰하고경험하는세계가존재한다.이를거꾸로보면,“왜어떠한현상이벌어지는가?”라는질문에관해보이지않는원리와눈에보이는물질을종합해해답을구하는학문이바로화학인셈이다.

1985년남극에심각한오존층소실이확인되었다는연구결과가나오면서오존층파괴문제는절체절명의위기로비화되었다.전지구적협력이필요하다는의견에따라1987년,몬트리올의정서가채택되었고…이는가입국들이프레온가스를비롯한96종의오존층파괴물질의생산과소비를차츰줄이다가마침내금지하도록설계되었다.다행히도최근보고에따르면2005년부터오존층파괴물질농도가낮아지면서…2035년이면남극에서더이상오존감소가일어나지않을것으로예상된다고한다.


아이디어를넘어물질을설계하는능력이
AI시대화학의경쟁력

마지막6부는반도체/2차전지/케블라/폴리아크릴로나이트릴등미래를선도할핵심물질을다루며화학의현주소를보여준다.같은원리라도어떤물질을사용하는가에따라형태가어떻게달리구현되는지,화학기술이왜문명의성패를좌우하는핵심변수인지알수있다.

오늘날쓰이는전지의대부분은화학에너지를전기에너지로전환하는화학전지다.그러나이때산화-환원반응은거꾸로돌릴수없는비가역반응이라한번사용을마치면다시사용할수없어서버려야했다.이를1차전지라고부른다.…반면충전과방전을반복하여거듭사용할수있는전지를2차전지라부르며,이는쓰레기문제도줄고편리하게재사용할수있어관련연구가급속도로진행되었다.…2차전지발전역사에서가장중요한발병은가장가벼운금속인리튬을전하운반체로활용한리튬이온전지다.

이처럼미래사회를바꾸는기술은아이디어이전에,물질의가능성에서출발한다.에너지저장,반도체성능,신약개발,친환경공정같은미래의수많은문제에관해,AI알고리즘이방대한가능성을제안할수는있겠지만결국현실의물질로구현하는일은화학의역할일터,《세상을이해하기위한최소한의화학》이‘최소한의’도움이되기를기대한다.