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우리 주변 곳곳에 숨겨져 있는 화학
당신이 고등학교 화학 수업에서 놓친 모든 것을 알려주는 책

우리 집 화장실에 있는 샴푸에서부터 지구 밖에서 오는 햇빛에 이르기까지, 우리 주위의 모든 것을 이루고 있는 화학에 관해 이야기하는 교양 과학책 《모든 것에 화학이 있다-아침부터 저녁까지, 우리 일상 속에 숨겨진 화학》(원제: It's Elemental)이 문학수첩에서 출간되었다. 텍사스 대학교 화학 교수이자 스스로 ‘화학 덕후’라고 밝힌 저자 케이트 비버도프는 아침에 일어난 순간부터 잠들 때까지, 아니 잠자는 동안에도 끊임없이 활동하는 화학에 대해 이야기한다.
‘1부 당신이 고등학교 화학 수업에서 놓친 것’에서는 원자, 분자, 주기율표, 화학반응식 등 화학을 이해하는 데 필요한 기본적인 지식을 알기 쉽게 설명한다. 유머와 위트로 가득한 알기 쉬운 설명을 통해 독자들은 ‘2부 여기, 저기, 모든 곳에 있는 화학’에서 우리의 실생활에 깃든 화학을 찾아 여행을 떠나기 전 준비를 단단히 할 수 있다.
이 책에서 저자는 우리가 고등학교 시절 이해하지 못했던 화학의 기본 원리를 설명하고, 화학이 실생활 속에서 어떤 식으로 살아 움직이는지를 보여준다. 날카로운 재치와 공감 가득한 열정이 담긴 이 유쾌한 안내서는 화학을 짝사랑했던 사람들의 열정을 일깨우고, 우리가 세상을 바라보고 느끼는 방식을 바꿔놓을 것이다.

화학을 이해하는 일에 박사학위 같은 건 필요 없다
불 뿜는 화학 교수가 알려주는 일상 속 화학의 모든 것

어떤 사람들은 왜 모닝커피를 마시기 전까지 좀처럼 정신을 차리지 못할까? 낮의 하늘은 파란데 해 질 녘 하늘은 왜 불그스름할까? 그리고 내 친구는 왜 술 취할 적마다 탭댄스를 출까? 이런 것들을 궁금해한 적이 있는가? 그 답은 화학에 있다! 아침에 일어나는 순간부터 잠자리에 들 때까지, 심지어 자는 동안에도, 화학은 여전히 활동 중이다. 그리고 이런 사실을 이해하는 일에 과학 박사학위 같은 건 없어도 된다.
하지만 과학자들은 종종 박사학위가 있는 사람이 아니면 누구도 이해 불가능한 방식으로 과학에 관해 이야기한다. 강의 시간에 종종 불을 뿜는 화학 쇼를 펼쳐 보이기도 하는 저자는 이런 상황이 안타까운 나머지 “왜 화학이 근사하고, 왜 엄청 짜릿하고, 왜 이것을 사랑해야만 하는지” 사람들에게 알려주고자, 과학도가 아닌 사람도 이해하기 쉬운 방식으로 화학 원리를 설명한다.
원소와 원자의 정의에서 시작해, 전자와 양성자와 중성자로 이루어진 원자의 구성, 주기율표 보는 법, 이온의 기본 개념을 이해하고 나면, 원자들의 결합에 관한 이해하기 쉽고, 종종 피식 웃음이 나오는 설명이 이어진다.

화학에서 결합은 본질적으로 두 원자 사이의 합의다. 원자들은 더욱 강하게 끌어당기는 원자가 나타날 때까지 어디든지 함께 다닐 것이다. 예를 들어 나는 처음 만난 멋진 사람과 손을 잡고 있으며, 계속 그러고 있을 생각이다……. 라이언 레이놀즈가 그곳에 나타나기 전까지는 말이다. 이렇게 되면 나는 그 사람의 손을 놓고 더 나은 결합을 향해 다가갈 것이다. 원자 사이에서도 바로 이런 일이 일어난다.(‘2. 모양에 관한 모든 것: 3차원의 원자들’에서)

저자는 라이언 레이놀즈와 한 손을 맞잡는 것으로 원자 간의 단일결합을 설명하거나 두 손을 맞잡은 모습으로 이중결합을 묘사한다. 화학에서 세 가지 주된 상(phase)인 고체, 액체, 기체의 기본 개념을 이해시킨 뒤에는, 분자들이 새로운 모습으로 변모하는 화학반응에 대해 케이크 만드는 과정을 예로 들면서 알기 쉽게 설명해 준다. “거시적 세계의 질량을 미시적 세계의 분자 개수로” 표현하는 화학 단위인 ‘몰(mole)’에 대한 설명 역시 바로 이해할 수 있을 만큼 명확하고 직관적이다.

당신이 태어난 날에 1몰의 10원짜리 동전을 받았고 100살이 될 때까지 매초 100만 원씩 버린다고 해도, 100번째 생일에는 당신 돈의 99.99%가 여전히 남아 있을 것이다.
100년 동안 매초 100만 원씩 쓴다 해도 당신이 가진 돈을 겨우 0.01%밖에 쓸 수 없다.
믿을 수 있겠는가?
1몰은 어마어마하게 큰 숫자다.(‘4. 결합은 깨지게 마련이다: 화학반응’에서)

또한 본문 중간중간 ‘화학자처럼 말하는 법’, ‘몰은 그램이 아니다’, ‘[밀가루] 표백을 할 것인가, 말 것인가’, ‘신선한 배리 vs 냉동 배리’ 같은 팁이 들어가 있어, 그 장에서 설명하는 화학 원리를 이해하는 데 도움이 된다. 책 뒤쪽에 별색 페이지로 들어가 있는 ‘주기율표’를 참조할 수도 있다.


화학을 포기할 필요도 없고, 포기해서도 안 된다
왜? 우리 주위의 모든 것이 화학이니까!

이 책 《모든 것에 화학이 있다》의 장점 중 하나는 1부에서 쌓은 화학 지식으로 2부에서 실생활 응용에 들어갈 수 있다는 것이다. 우리 주변의 모든 현상을 설명하고 이해하는 데 도움을 주는 학문인 만큼 화학은 과학자들의 실험실에서만이 아니라 우리가 먹는 음식에서도, 평소에 자주 사용하는 샴푸나 세척제에서도, 입고 다니는 옷에서도 찾아볼 수 있다.
가령, 이른 아침 수많은 사람들의 정신을 깨워주는 커피에는 분자식 C8H10N4O2의 그 유명한 카페인이 들어 있다. 카페인 분자는 그 구조로 인해 뇌의 특정 수용체와 결합할 수 있는데, 대체로 이 수용체는 우리 몸에 자연적으로 존재하는 아데노신 분자와 결합하려 한다. 이 수용체와 아데노신이 결합하면 졸리거나 나른해진다. 하지만 카페인이 몸에 들어가면 수용체는 아데노신 대신 카페인과 결합을 형성한다. 즉 카페인은 실제로 우리 몸에 에너지를 주는 게 아니라 다른 분자가 우리를 졸리게 만드는 걸 막는다. 물론 수용체와 카페인의 결합은 수명이 짧아서, 우리를 졸리게 만드는 아데노신의 임무를 영구적으로 막지는 않는다.
모닝커피를 마신 뒤 아침 운동을 할 때 우리 몸에서 일어나는 화학반응과 운동복에 깃든 화학 원리를 알려주기도 한다. 이 장에서는 우리가 소화한 음식이 어떻게 에너지의 원천인 ‘아데노신삼인산(ATP)’으로 변하는지, 몸에 쌓인 여분의 에너지가 어떻게 지방으로 변하는지를 이해하게 된다.

자, 이제 100만 달러짜리 질문이다. 실제로 어떻게 몸무게를 줄일 수 있을까? 연소되고 난 다음에는 어떻게 되는 걸까? 주의를 기울였다면 당신은 우리가 매번 ATP를 연소할 때마다 이산화탄소를 방출한다는 사실을 알아챘을 것이다. 이 말은 운동을 할 때 연소하는 모든 지방, 단백질, 탄수화물이 당신의 몸에서 호흡을 통해 방출된다는 뜻이다.
믿을 수 있겠는가? 당신은 지방을 호흡으로 뱉어낸다. 그렇게 살을 빼는 거다. 화장실에 가거나 땀을 흘릴 때 살이 빠지는 것이 아니라, 문자 그대로 운동하는 동안(그리고 그 후에) 입에서 내뱉는 호흡을 통해서 분자가 빠져나간다.(‘6. 불타는 근육: 운동’에서)

운동을 마치고 출근/등교/외출 준비를 할 때 작용하는 화학에 관한 내용도 나온다. 샤워할 때 물이 우리 몸으로 쏟아지면 물 분자들이 피부 위에서 이웃한 물 분자와 수소결합을 형성한다. 물의 점착력이 아주 강하면 물 분자들은 피부의 염분 같은 것보다 서로에게 더 끌려서 피부 위에서 물방울을 형성한다. 샴푸나 샤워 제품에도 여러 종류의 분자가 들어 있는데, 실리콘 분자가 들어 있는 샴푸의 경우, 높은 열적 안정성을 갖고 있는 실리콘의 특성상 머리카락을 환경적 훼손으로부터 보호해 주지만 실리콘 분자들끼리 결합을 형성해 이른바 ‘떡진 머리’를 만들기도 한다. 그 밖에도 부엌에서 요리를 할 때 작용하는 화학, 해변에 내리쬐는 햇살이나 모래사장에 가득한 각종 플라스틱 제품들을 형성하고 있는 화학, 때를 제거하는 세척제에 들어 있는 화학, 기분을 업 시켜주거나 횡설수설하게 만드는 알코올에 깃든 화학에 대해서도 이야기한다.
이렇듯 화학은 학문적으로뿐만 아니라 실생활에도 적용할 수 있는 지식이다. 화학 지식을 갖추면 샤워나 화장이나 요리 등 일상적인 활동을 바라보는 시야가 달라진다. 오존(O3)의 역할이나 옥틸메톡시신나메이트(일부 자외선 차단제에 들어 있는 분자)가 바닷속 산호초에 미치는 영향을 알게 되는 등 환경보호에 도움이 되는 지식을 얻는 건 물론이다. 이 책을 읽고 나면 맥주를 마시면서 ‘아, 이건 상면발효 맥주던가’ 하고 중얼거리는 스스로를 발견하게 될지도 모른다.

페기 A. 윗슨(박사(우주비행사, 국제 우주 정거장 전 선장이자 나사 우주비행사실 실장))
“설령 여기 지구에서라도, 삶의 미스터리를 탐색하는 것이 얼마나 즐거운지를 우리에게 새삼 일깨워 준 케이트 비버도프에게 영광을.”

빌 나이(과학자, 《빌 아저씨의 과학 교실》 저자)
“당신이 파이를 굽든, 손을 씻든, 일몰을 보든 비버도프 박사는 사방에 화학이 있고 아주 재미있다는 사실을 보여준다! 저자는 자부심 넘치는 화학 덕후고, 이 필독서의 페이지마다 당신은 화학의 경이로움을 발견하게 될 것이다. ……어쨌든, 이건 기본이니까.”

들어가며
1부. 당신이 고등학교 화학 수업에서 놓친 것
1. 작은 것들이 물질이다: 원자
2. 모양에 관한 모든 것: 3차원의 원자들
3. 몸으로 말해요: 고체, 액체, 기체
4. 결합은 깨지게 마련이다: 화학반응
2부. 여기, 저기, 모든 곳에 있는 화학
5. 아침에 일어나는 게 좋은 이유: 아침 식사
6. 불타는 근육: 운동
7. 알-음-다-움: 외출 준비
8. 나에게 햇살을: 해변에서
9. 오늘의 요리: 부엌에서
10. 휘파람 불며 일하기: 집 청소
11. 해피아워는 행복한 시간: 술집에서
12. 노을을 보며 쉬기: 침실에서
주기율표
감사의 말
용어 설명
간추린 참고서적

“케이티, 난 이 말들이 무슨 소린지 도무지 모르겠구나! 에이스…… 납틸이 뭐니?”
엄마는 하도 심하게 웃어서 더 이상은 말을 할 수가 없었다. 나는 굉장히 의아했다. 나는 엄마한테 내 연구가 무슨 내용인지 이야기했었다. 그런데 왜 이해를 못 하시지?
나는 논문을 다시 펼친 다음 첫줄을 읽어보았다.
새로운 1, 2-아세나프테닐 N-헤테로시클릭 카벤 기반 팔라듐(Ⅱ) 촉매 6종의 합성 및 촉매적 특성을 제시했다. 아세나프테닐 카벤은 메시틸이나 1, 2-디이소프로필 N-아릴 치환물을 사용해서 만들 수도 있다.(‘들어가며’에서)

원자들이 지나치게 가까워지면 결합 가능성이 떨어질 수 있다. 커피숍에서 낯선 사람이 너무 가까이 앉으면 물러나는 것처럼 말이다. 모르는 사람이 내 개인 공간에 침입하면 우리는 대체로 다시 편안해지기 위해서 거리를 더 많이 벌린다. 가끔은 그냥 일어나서 나가버리기도 하는데, 이게 바로 원자들 사이에서 일어나는 일이다. 한 원자의 전자가 다른 원자의 전자에 지나치게 가까이 접근하면 전자들은 반발해서 더 멀리 떨어진다.(‘2. 모양에 관한 모든 것: 3차원의 원자들’에서)

저항가열을 상상해 보고 싶다면, 한쪽 끝에서 반대편으로 달려가려 하는 풋볼 선수를 상상해 보자. 이 선수에게는 불행하게도 풋볼 경기장은 수백 명의 상대편 선수들로 가득하고, 그는 그 모든 방어막을 뚫기 위해 엄청나게 애를 써야만 한다. 불쌍한 선수가 경기장 반대편에 도착하면 그는 그 힘겨운 노력 때문에 열을 발산하게 될 것이다. 인덕션으로 요리를 할 때 전자에도 정확히 똑같은 일이 벌어진다. 전자가 프라이팬의 철 원자 사이를 지나가기 위해 엄청난 노력을 기울이면서 열의 형태로 에너지를 방출한다.(‘5. 아침에 일어나는 게 좋은 이유: 아침 식사’에서)

말이 나왔으니 말인데, 표백제는 표면에서 외부 분자들을 실제로 제거하지는 않는다. 대신 분자 안의 결합 몇 개를 깨뜨린다(이것이 박테리아를 죽인다). 하지만 구성 요소, 혹은 원자들은 여전히 조리대나 욕실 바닥 틈새에 달라붙어 있다.
그러니까 경찰에게서 뭔가를 숨기려고 한다면, 표백제를 써서는 안 된다.(‘10. 휘파람 불며 일하기: 집 청소’에서)

숙취를 물리치는 최고의 방법은 책임감 있는 어른이 되는 것이다. 술을 마시러 가기 전에 몸에 적절한 수분을 공급해야 한다는 사실은 이미 알 것이다. 하지만 여러분은 와인 첫 잔을 마시면서 저녁 식사를 하고, 또 소화시키는 데 좀 시간이 걸리는 음식을 먹어야 한다. 에탄올은 혈관에 흡수되기 전에 음식을 뚫고 가야 한다. 그러니까 우리가 앞 장에서 이야기한 복합탄수화물(감자와 옥수수 같은 것)은 이런 상황에서 물리적 장애물 역할을 함으로써 에탄올의 흡수를 느리게 만든다. 그러니까 꼭 음식을 먹어라!(‘11. 해피아워는 행복한 시간: 술집에서’에서)