우리가 사용하는 많은 물건들은 자연 그대로 사용하는 것을 제외하고는 대부분 누군가의 발명으로 만들어진 제품입니다. 이미 많은 제품들로 둘러 쌓여있는 우리에게 발명이라는 것은 너무 어렵고 복잡한 일 같지만, 사실 발명품이라는 것은 사전적 의미로 봤을 때, 아직까지 없었던 물건을 새로 생각해서 만들어낸 것입니다. 그래서 간단하게 생각하면 누구나 발명가가 될 수도 있는 것입니다.
이런 발명의 중요성을 인식시키고 발명의 의욕을 북돋우기 위해서 국가는 매년 5월 19일을 발명의 날이라고 지정하였습니다. 우리에게 생소하게 느껴질 수 있는 발명의 날은 최근에 새롭게 생긴 것이 아니라, 1957년 5월 19일 제1회 발명의 날을 시작으로 지금까지 이어오고 있는데요. 그래서 오늘은 발명의 날을 맞이해서 우리에게 익숙한 노벨상을 중심으로 세계의 발명품 속 화학에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
▲ 노벨상 메달(출처: http://www.timesofisrael.com/)
매년 10월이면 중순이면 어김없이 등장하는 기사들이 있습니다. 그것은 다름 아닌 스웨덴과 노르웨이에서 발표되는 노벨상 수상자에 관한 이야기인데요. 그런데 사실 수많은 기사들에도 불구하고 대부분의 사람들은 노벨상 수상에 대해 큰 관심을 갖지 않습니다. 자신들과는 동떨어진 이야기라고 생각하거나, 정보를 얻으려고 해도 너무 전문적인 지식이다 보니 이해하기 어려워 노벨상 수상자의 이름만 기억하는 정도입니다. 그런데 사실 노벨상은 실생활에 꼭 필요한 필수품을 개발하거나 그 배경을 만든 사람에게 주는 상입니다. 다시 말해, 우리가 사용하는 많은 물건들은 노벨상과 밀접한 관계를 맺고 있다는 것입니다.
▲ 알프레드 노벨
그렇다면 노벨상에 대해서 간단하게 알아볼까요? 스웨덴의 화학자 알프레드 노벨은 다이너마이트를 발명하여 억만장자가 되었는데요, 그 재산의 이자로 매년 물리학, 화학, 생리학 및 의학의 발전에 기여한 사람과 평화에 공헌한 사람 그리고 문학성이 뛰어난 작가에게 노벨상 및 상금을 주도록 유언을 했다고 합니다. 또한 노벨상의 선정에 있어서 국적은 고려하지 말라고 하였는데요, 지금은 국적에 대한 차별이 줄어들었지만, 당시에는 애국심의 결여라는 비판까지 들었다고 합니다.
▲ 축구공을 닮은 풀러렌(출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/)
1996년 노벨화학상은 미국의 스몰리(Richard E. Smalley), 컬(Robert F. Curl Jr)과 영국의 크로토(Sir Harold W. Kroto)가 받았습니다. 그들이 노벨 화학상을 받게 된 이유는 풀러렌을 발견했기 때문인데요. 풀러렌(Fullerene)이란 탄소 원자가 구, 타원체, 원기둥 모양으로 배치된 분자를 말합니다. 12개의 5원환과 20개의 6원환으로 이뤄져 있으며, 각각의 5원환에 6원환이 연결되어 있는 구조로 되어있습니다. 풀러렌은 구의 화학의 시대를 알린 것으로 평가받고 있는데요, 풀러렌의 발견으로 현대과학이 한 단계 발전 가능한 가능성이 생겼기 때문입니다.
이런 플러렌을 이야기할 때, 빠지지 않고 등장하는 것이 있습니다. 바로 축구공인데요. 허프먼과 그라취머는 플러렌 속에 60개의 탄소 원자가 어떻게 안정된 분자를 이룰 수 있을까를 연구하다가 축구공의 외관과 똑같은 형태를 가지고 있다는 것을 알게 되었다. 축구공은 꼭짓점이 60개이고, 모서리가 90개인 이십면체로 이뤄져 있는데요, 이 구조는 매우 안정적인 구조를 가지고 있어서 축구선수들이 무수히 많은 발길질을 해도 끄떡없습니다. 같은 구조를 가진 풀러렌도 높은 온도와 압력을 견딜 수 있어 다양한 방면에서 활용될 가능성이 높습니다.
▲ 2000년 노벨화학상 수상자(출처: http://www.slideshare.net/)
전도체라고 하면 대부분 철을 포함한 금속들을 머리에 떠올리실 겁니다. 그래서 대부분 전도체는 무겁고 가공이 어렵다는 것이 일반적이 내용입니다. 그런데 폴리에틸렌과 에틸렌 단량체를 섞어 화학 결합을 시키면 고리처럼 연결되면서 고분자 물질에 금속에 전기가 통하는 원리를 적용하면 가벼우면서도 가공이 쉬운 전도체가 되는 것입니다. 2000년 노벨화학상을 수상한 앨런 히거(Alan J Heeger)와 앨런 맥더미드(Alan G. MacDiarmid), 히데키 시라카와(Hideki Shirakawa) 교수는 특별한 조건에서 합성된 고분자는 금속 못지않은 전기전도성을 갖고 있다는 것을 발견했습니다.
전기전도성 플라스틱은 다양하게 활용할 수 있는데요, 현재 우리가 사용하는 모니터의 액정화면은 자체 발광을 하는 시스템이 아니라, 밝은 곳에서 화면이 잘 안 보이거나, 일정 각도 이상 벗어나면 화면이 보이지 않는 단점을 가지고 있습니다. 그러나 고분자를 이용한 전기발광 디스플레이인 PLED(Polymer Light Emitting Diode)는 이런 단점을 해결할 수 있습니다. 그리고 최근에 이슈가 되고 있는 전자파와 관련해서도 전기전도성 플라스틱의 활용도는 높아질 것으로 보입니다. 전자파의 발생을 막기 위해서는 전자장차폐를 적용해야 하는데요, 플라스틱과 잘 혼합되면서 전기전도도가 높고 가벼운 전기전도성 플라스틱이 전자제품의 외관으로 적합하다고 합니다.
▲ 원자번호 9번의 플루오린(출처: https://www.tes.com/)
많은 학자들은 원소들이 우리 몸에 필수적인 것을 인지하고 원소에 대한 연구를 끊임없이 하고 있습니다. 특히 우리가 흔히 불소라고 부르는 원자번호 9번의 플루오린(Fluorine)은 많은 학자들의 희생에 의해 발견되었습니다. 원자 상태의 플루오린은 독성이 매우 강하기 때문에 실험을 하는 데 많은 어려움이 따랐는데요, 무아상은 1886년 처음으로 원소 상태의 플루오린을 얻어 특성을 연구하였습니다. 이 업적으로 1906년 노벨화학상을 수상하였습니다.
이런 플루오린이 충치를 예방하는 효과가 있어 치약에도 사용되고 있습니다. 충치가 생기는 원인은 우리가 섭취하는 탄수화물과 스트렙토코커스 뮤탄트라는 세균이 만나 산을 만들어 치아에 프라그를 형성합니다. 이 프라그로 인해 치아가 손상되고 손상된 부분이 충치가 됩니다. 그런데 불소이온이 이 세균들의 증식을 막아주는 역할을 합니다. 그래서 우리가 사용하는 치약에 불소가 함유되어 있는 것입니다. 많은 학자들이 희생을 동반한 연구를 포기하지 않고 실행하여 위험하다고만 여겨지는 불소를 우리 생활에 꼭 필요한 원소로 만들어준 좋을 결과입니다.
오늘은 발명의 날을 맞이하여 노벨상을 중심으로 화학에 대한 다양한 이야기를 나눠봤습니다. 이야기를 나누다 보니 노벨상이 다른 세계 사람들의 이야기가 아닌, 우리 생활과 밀접한 관계를 이루고 있다는 걸 알게 되었는데요, 많은 학자들이 끊임없는 연구를 통해 새로운 것을 발견하고 그것을 일상생활에 접목하면서 우리의 삶은 조금 더 편리해지고 있습니다. 앞으로 자원이 고갈되면서 발명은 점점 더 중요한 의미를 갖게 될 것 같은데요. 작은 것이라고 일상생활에 편리함을 줄 수 있도록 개선점을 찾아 자신만의 발명품을 만들어보는 건 어떨까요? 그것이 노벨상의 첫걸음이 될 수도 있습니다.
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