우리가 화학을 인문학적으로 이해하는 방법 -미술, 음악, 문학, 건축 등 다양한 분야를 넘나드는 종횡무진 화학 잡담 서양 미술사에서 빼놓을 수 없는 화가 렘브란트의 여러 작품 중 〈야경〉은 특별한 일화를 지닌 것으로 유명하다. 바로 이 작품에 X선 형광 분석을 시도한 결과, 어둡게만 보이던 공간에 빼곡히 그려져 있던 밑그림이 나타났던 것이다. 렘브란트는 스케치를 할 때 골탄(bone black)을 사용하곤 했는데, 동물의 뼈를 산소가 없는 상태에서 고온으로 가열해 탄화시켜 만드는 골탄에는 인산 칼슘(CaPO4)이 함유되어 있었다. 그래서 렘브란트의 〈야경〉을 대상으로 칼슘(calcium, Ca)과 인(phosphorus, P)에 대해 X선 형광 분석을 행했을 때, 비로소 숨어 있던 밑그림이 드러날 수 있었던 것이다. 강한 에너지의 X선으로 특정한 전자를 떼어내면 빈 공간이 생기고, 다른 전자가 이 공간을 차지하며 형광의 형태로 빛이 발생하는 원리에 대한 기술을 이 책은 렘브란트의 작품에서 시작한다. 화학을 음악과 함께 생각해본 경험을 누구나 갖고 있지는 않겠지만 화학자는 음악사 속에서도 화학의 자취를 찾아낸다. 저자는 모차르트와 베토벤의 죽음에서는 공통적으로 중금속 중독이라는 원인이 발견된다는 점을 지적하면서 당시 흔히 약으로 쓰였던 독성 물질에 대해 알려준다. 모차르트가 안티모니에 중독되어 사망했을 것이라고 추측하게 된 이유, 싱크로트론 입자가속기의 분석을 통해 밝혀진 베토벤의 납 중독 등을 이야기하며, 역사가 품었던 비밀이 풀리는 과정에서 화학이 의미 있는 역할을 한 예를 흥미롭게 제시하는 것이다. 화학이 문학이나 건축과 만나지 말라는 법도 없다. 금을 만들어내기 위한 노력, 그리고 연금술을 법적으로 금지하기까지의 과정을 다룬 장에서 저자는 연금술에 대한 관심과 애정이 수많은 문학 작품과 게임 속에 드러나 있는 예를 함께 소개한다. 그런가 하면 아름다운 색깔과 문양의 스테인드글라스와 건축에 대해 살펴보다가 광학적 현상이나 고체의 결정성, 냉각, 유리 제조 기술 등에 대한 설명으로 자연스레 넘어가기도 한다. 장미창에 장식된 스테인드글라스를 건물 외부에서 바라보면 사뭇 다릅니다. 전체적으로 짙은 회색이나 어두운 무채색으로만 보일 뿐 내부에서 보이는 색상은 보이지 않습니다. 태양에서 쏟아져 내려오는 백색광의 흡수와 반사, 투과에 의해 나타나는 광학적 현상이 차이를 보이는 것입니다. 이러한 특징은 이색성(dichroism)이라는 방식으로 빨간색과 노란색 유리에서 더 확실히 관찰됩니다. ─ 179p. ‘투명한 유리가 색을 입으려면’ 중에서 이처럼 다양한 분야의 경계를 넘나드는 화학자의 지극히 인문학적이면서도 과학적인 글쓰기 방식은 이제껏 화학을 어렵게만 여겨왔던 이들에게도 신선하게 어필한다. 역사에 대해 알아가다가 화학에 대한 흥미가 생기는 새로운 경험이 이 책을 통해 가능해진다. 세상의 변화에서 화학을 발견하고, 화학사를 통해 세상을 읽다 -전쟁, 무기, 처형, 암살, 그리고 연금술에 관한 새로운 관점 물론 책에서 저자가 펼쳐놓는 ‘화학 잡담’은 그리 단순하지 않다. 역사의 뒷이야기와 화학의 발전에 대해 여기저기 단편적으로 훑는 것이 아니라, 세상의 변화에서 화학을 발견하고 또 화학사를 통해 세상을 읽어보기를 권하고 있는 말들이기 때문이다. 《역사가 묻고 화학이 답하다》에는 예술사나 문화사뿐만 아니라 전쟁의 역사와 관련된 글도 풍부하게 실려 있다. 특히 전술이나 무기의 변화를 화학의 발전상과 함께 살펴보는 저자의 관점은 과학과 사회, 그리고 과학과 윤리의 관계에 대해 보다 깊이 생각해볼 기회를 제공한다. 화약은 산업 분야에서 높은 잠재성을 갖습니다. 하지만 노벨의 다이너마이트가 그러했듯 전쟁과 폭력, 테러에 사용되는 등의 부정적인 측면을 간과할 수 없습니다. (중략) 수많은 발명품이 문명과 역사를 바꿔왔지만, 그중에서도 화약은 역사상 큰 전환점을 만들어왔고 앞으로도 그럴 것입니다. 전쟁에서 마을을 파괴하고 사람의 목숨을 빼앗는 화약은 막힌 길을 열고 불꽃으로 하늘을 수놓으며 새로운 창조를 위한 파괴에 사용됩니다. 화약은 인간이 다룰 수 있는 가장 강력한 에너지의 한 형태로서 추진체, 연료, 폭발물, 도구가 되어 심해로, 지구 속으로, 우주로 나아가고 있습니다. ─ 161p. ‘매우 현대적인 화약 제조법’ 중에서 저자는 ‘폭탄마 장홍제’라는 채널을 개설해 사제 폭발물을 만드는 방법을 보여주고 싶었지만 위법을 행하는 대신 폭발물, 최루탄, 화약에 대한 글을 남겨봤다고 머리말에서 슬쩍 고백하기도 한다. 덕분에 독자들은 어찌 보면 ‘쓸데없이 고 퀄리티’인 흑색 화약 제조법을 책으로 안전하게 접할 수 있고, 나아가 오늘날의 화약 사용에 대해서까지 고찰해볼 기회를 가지게 된 셈이다. 처형이나 암살에 이용되었던 독을 다룬 글 역시 다른 시대, 다른 사회에 관한 호기심을 자극한다. 사극을 보다 보면 심심찮게 등장하는 사약이 과연 어떤 성분으로 만들어진 약이었을지 한 번쯤 궁금해해본 독자라면 부자와 비상의 독성을 상세히 알려주는 저자의 분석적이고도 유머러스한 글에서 특별한 만족을 경험할 것이다. 한편 비상의 핵심 구성요소인 원소를 칭하는 비소는 현대 사회에서 반도체 제조에 사용되기도 하는데, 유럽에서 17세기에는 남편을 죽이고 싶어 했던 여성들에 의해 이용되었는가 하면 19세기에는 보험금 상속을 노린 이들에 의해 쓰이기도 했다. 이와 같이 역사 속에서 독성 물질의 쓰인 사례를 들여다보는 저자의 시선을 따라가다 보면 독성 물질이 다른 시대, 다른 사회에서는 어떤 식으로 이용되었는지도 들여다보게 된다. 저자는 증식 금지법((The Act Against Multipliers)과 연금술의 쇠락에 대해 서술하는 데에도 상당한 지면을 할애한다. 1404년 영국 의회에서 통과된 증식 금지법은 연금술사들이 금이나 은을 만드는 행위를 금지하는 법령이었다. 그 당시 흑사병, 수차례의 전쟁 등으로 인해 금의 가치는 더욱 높아졌고 금이나 은의 증식을 법을 동원해서라도 막으려 했던 분위기는 더욱 강해졌다. 탄압과 제약을 거치며 연금술사 혹은 초기 화학자들은 금이 아닌 의약품의 화학과 물질의 반응에 관심을 가지게 되었고 그러한 그들의 관심이 화학 시대의 개막으로 이어졌다. 이처럼 연금술의 쇠락 및 화학의 발전을 매끄럽게 이어 설명하는 저자의 글은 인간이 물질과 원리를 이성적으로 들여다보게 된 또 하나의 과정을 압축적으로 전달해준다. 조금 어렵지만 사실은 흥미로운 전방위 화학 이야기 -화학을 더 깊이 알고 싶은 독자들도 충족시키는 구성 《역사가 묻고 화학이 답하다》는 뼛속까지 문과 체질임을 자처하는 이들의 흥미도 자극하지만, 그렇다고 해서 과학이 어렵다는 독자만을 위한 책은 아니다. 역사, 문학, 음악, 게임 등에 잡학다식한 저자는 결국 화학자라는 ‘본캐’의 특성 또한 책에서 충실하게 드러낸다. 그래서 렘브란트, 르누아르, 고갱에 대해 이야기하다가도 어느새 물감 안료의 성분에 대해 잡담을 펼치고 베토벤의 사인을 다룬 장에서는 수소원자의 선 스펙트럼이 갖는 음높이에 대한 과학적 설명도 자세하게 풀어놓는다. 물감의 경우에도 원리는 같습니다. 물감마다 흡수하는 특유의 빛 파장(wavelength)이 있을 것이고, 흡수되지 못해 반사된 보색의 빛은 우리에게 색채로 인식됩니다. 가시광선의 반사와 직진을 통한 기본적인 물리적 규칙이 형태와 색을 보이게 만든다면, 물감마다 다른 색상은 구성하는 화학물질의 특징에 따라 결정됩니다. 공액계(conjugated system)와 결정장 이론(crystal field theory)이라는 화학 이론으로 물감 색의 모든 것이 설명됩니다. 공액계는 동식물에게서 추출되는 천연 안료나 석유를 원료로 만들어지는 합성 안료의 색상 원리와 관계가 있습니다. 이들 모두는 탄소 원자들의 연결로 만들어지는 유기 화합물이라는 공통점을 갖습니다. ─ 128p. ‘물감 색을 결정하는 것들’ 중에서 역사보다 화학이 더 궁금한 독자들은 특히 각 장의 마무리 부분에 구성한 ‘종횡무진 화학 잡담’이라는 별면을 통해 더 깊이 있는 화학 지식을 접할 수 있을 것이다. 연금술에 대한 챕터에서 저자는 주기율표에서 금과 같은 족에 있는 금속을 금으로 바꾸는 것에 대해 생각해보길 권하며 11족에 속한 금, 은, 구리에 대해 언급한다. 그리고 이후 ‘종횡무진 화학 잡담’ 코너에서 이 원소들을 다시 소환해 11족 원소 금속들의 색상, 전도성 등에 대해 더욱 상세하게 정리한다. 또한 한니발의 알프스산맥 행군에서 식초가 쓰였을 가능성을 다루는 본문에서는 아세트산의 구성 요소와 옥텟 규칙에 대해 다루고 넘어간 후 다시 ‘종횡무진 화학 잡담’을 통해 최외각 전자와 양이온, 음이온의 탄생을 심층적으로 살펴본다. 이 책은 과학이 세상을 어떻게 바꾸었는지, 인간은 과학을 어떻게 이용해왔고 어떻게 이용해 나가야 할지에 대한 이야기를 부지런히 건넨다. 그래서 과학적인 관점과 논리적인 사고력을 갖추고 싶어 하는 청소년 독자들, 화학으로 둘러싸인 세상을 조금은 새로운 방식으로 이해해보고 싶다는 성인 독자들 모두에게 유용한 길잡이 역할을 해줄 만하다. 물론 그다지 뚜렷한 목적이 없이 이 책을 펼쳐도 좋다. 매운맛을 즐기는 것에 그치지 않고 캡사이신이 입안에 들어가면 왜 타는 듯한 느낌을 받는지 알고 싶다는 이들, 루이스 캐럴의 앨리스 시리즈 속 세계에서 앨리스의 체내에서는 어떤 변화가 일어날지 그냥 궁금하다는 이들이야말로, 어쩌면 《역사가 묻고 화학이 답하다》에 가득한 화학적이고 인문학적인 잡담을 더 흥미롭게 받아들일 독자들일지도 모른다.

시작하며 역사와 화학이 교차하는 순간에 대한 이야기 1부. 역사에는 화학이 있었다 사약이 무엇인지 정확하게 설명하지 못하는 이유 -죽음에 이르게 하는 약의 정체 ·약으로 처형하다 ·역사와 전통의 독, 비상 ·많이 넣으면 독 〈종횡무진 화학 잡담〉 같은 족, 비슷한 특성 화학으로 음악의 비밀을 풀 수 있을까? -모차르트의 죽음부터 원소의 음높이까지 ·누가 모차르트를 죽였나 ·베토벤의 몸에 쌓인 독성 ·음악을 화학으로, 화학에서 음악으로 〈종횡무진 화학 잡담〉 원소는 어떻게 구분될까? 산으로 산을 넘을 수 있을까? -한니발과 제2차 포에니 전쟁 ·화학 반응을 횡단 전략으로 ·《리비우스 로마사》 속 식초 ·아세트산이 암석을 녹이기 위해서는 ·열화학적 해석 〈종횡무진 화학 잡담〉 전자와 핵은 왜 달라붙지 않을까? 2부. 화학은 세상을 어떻게 바꿨나 반짝인다고 모두 금은 아니라서 -증식 금지법과 화학의 발전 ·우리도 금을 만들 수 있을까? ·쉽게 이루어질 수 없는 꿈 ·금을 만드는 마법 〈종횡무진 화학 잡담〉 11족에 속해 있는 원소들에게는 특별한 것이 있다? 색깔과 화학이 관계를 맺는다면 -X선과 물감에 얽힌 비밀 ·그 그림 속에는 무엇이 있었을까? ·물감은 무엇으로 만들어지는가 ·물감 색을 결정하는 것들 〈종횡무진 화학 잡담〉 수만 년의 나이를 측정한다는 것 화약은 어떻게 세계의 패러다임을 전환한 것일까? -콘스탄티노플 공성전에서 현대까지 ·콘스탄티노플 성벽을 무너뜨린 대포 ·화약은 언제 어떻게 만들어졌을까? ·실전 흑색 화약 제조 ·매우 현대적인 화약 제조법 〈종횡무진 화학 잡담〉 잘 녹는다는 것의 기준은? 유리에 색은 어떻게 입힐까? -스테인드글라스에서 발견한 화학 ·장미창이 있는 성당 ·투명한 유리가 색을 입으려면 ·스테인드글라스는 새로운 모습으로 〈종횡무진 화학 잡담〉 유리를 녹이려면 3부. 인간은 화학을 어떻게 사용해야 할까 불을 무기로 사용하면서도 윤리적으로 옳을 수 있을까? -플라타이아이 공성전에서 네이팜탄까지 ·전쟁 속의 불 ·물을 부어도 꺼지지 않는 불 ·연소를 더 잘 이용할 수는 없을까? 〈종횡무진 화학 잡담〉 산화와 환원이라는 한 쌍 위험하고 치명적인 화학무기의 존재 이유는 무엇일까? -유포르비아 레시니페라부터 DDT까지 ·눈물을 쏙 빼게 해주마 ·최루성 화학무기의 시작 ·독가스가 우리 몸에 들어온다면 ·어떻게 사용하는지가 문제다 〈종횡무진 화학 잡담〉 그 맛은 어떻게 느낄 수 있을까? 반전 있는 이야기 -거울상 이성질체와 대칭에 대하여 ·나와 똑같이 생긴 사람을 만난다면 ·거울 속 세계에서 앨리스의 몸은 어떻게 변할까? ·선악의 경계에서 거울을 보다 〈종횡무진 화학 잡담〉 무기 화합물과 유기 화합물의 차이는? 참고문헌 및 주석

상속의 가루 인류의 역사와 독은 떼어놓을 수 없습니다. 먼 옛날 자연과의 싸움에서 힘이 부족했을 때 무기와 독을 함께 이용해 사냥하기도 했고, 문명이 발달하고 계급과 사회가 형성된 이후에도 독은 부족한 힘으로 목적을 달성하기 위한 수단 중 하나로 사용되어왔습니다. 사약의 경우 재료와 제조법이 비밀로 유지되며 죄인 처형이라는 공식적인 국가 업무를 위해 사용되다 소실되었지만, 서양의 경우 조금 더 공개적인 방식으로 사용되곤 했습니다. 상속의 가루(inheritance powders)라는 명칭이 그 용도와 인기를 넌지시 알려줍니다. 비상과 비소는 다소 비슷한 뜻으로 다가오지만, 과학자들에게 이 둘은 완전히 다른 물질입니다. 비상은 산소, 황 등 다양한 원소들과 비소가 결합해 있는 형태이며, 비소는 순수한 하나의 원소이자 비상의 핵심 구성요소로 볼 수 있습니다. (중략) 분리된 비소는 공기 중에서 가열하는 등의 방법을 통해 산화되면 강한 독성의 산화 비소(As2O3)로 변화하는데, 가장 큰 특징은 맛도 냄새도 없으며 하얀 가루 형태로 음식이나 음료에 혼합해도 전혀 알아차릴 수 없다는 것입니다. (본문 30쪽) 베토벤의 사인은 어떻게 밝혀졌을까? 1994년에는 베토벤 협회에서 경매를 통해 구입한 머리카락에 대해 싱크로트론(synchrotron) 입자가속기를 이용한 정밀 성분 분석이 이루어집니다. 그 결과 베토벤의 머리카락에서는 정상 범위의 수은 농도가 검출되어 그가 매독을 앓았던 적이 없었음이 증명되었습니다(당시 매독 치료제는 오직 수은이었습니다). 그리고 정상 수치의 수백 배에 달하는 납이 확인돼 오히려 심한 납 중독 증상에 시달렸음이 밝혀졌습니다. 신경 손상에 의한 감정적 반응과 청력 손실, 복통 등 베토벤이 고통받았던 증상 모두가 납 중독과 일치합니다. 원소의 독성에 대한 규명과 과학적 분석 기술의 발달이 수백 년 동안 드러나지 않았던 비밀을 풀어낸 것입니다. (본문 47쪽) 한니발의 군대가 식초로 이용했다면 화학 반응으로만 생각한다면 식초를 보유한 한니발의 군대가 석회암 암석을 녹여 길을 여는 것은 충분히 가능한 것으로 보입니다. 하지만 조금만 계산해본다면 심각한 오류가 남아 있다는 사실을 깨달을 수 있습니다. 인간이 마셔도 문제없는 정도의 식용 식초는 아세트산 함량이 고작 3~5% 농도에 불과합니다. 공업용으로 사용되는 고농축 아세트산의 경우 일반적으로 45~75%의 농도이며, 이쯤 되면 위험한 수준의 산성 물질로 섭취했을 때 구강과 식도, 내장기관에 돌이킬 수 없는 심각한 손상을 유발할 수 있습니다. (본문 74쪽) 연금술의 소멸이 아닌 화학 시대의 개막 변질되던 연금술이 증식 금지법에 의해 제약을 받으면서 후기 연금술사 혹은 초기 화학자들은 금이 아닌, 의약품의 화학과 물질의 반응에 관심을 갖게 됩니다. 1404년 금지되었던 연금술에 대한 자유는 화학의 아버지 중 한 명으로 칭송받는 위대한 화학자이자 연금술사였던 로버트 보일(Robert Boyle)의 노력에 의해 1689년 폐지됩니다. 그러나 화학 시대의 개막이 연금술의 소멸을 의미하지는 않았습니다. 아이작 뉴턴과 괴테를 거쳐 심리학자인 카를 융(Carl Jung)까지 각 분야의 명사들은 연금술의 가치를 계속해서 탐구했습니다. 그리고 이제는 화학과 과학의 진보로 금의 영원함, 반짝임의 원리나 표면적 의미 등을 이성적으로 들여다보게 되었습니다. 아름다움과 고귀함의 가치를 위한 금과 귀금속에 대한 물질적인 집착을 넘어서, 보다 실용적이고 유용한 목적으로 원소를 바라보는 시대로 우리는 한 걸음 더 나아가게 되었습니다. (본문 108~109쪽) 유리는 다른 물질로 대체될 수 있을까? 색유리와 특별한 기능을 갖는 특수 유리는 현재도 계속 발명되고 있습니다. 평범한 금속 원소를 넘어 주기율표의 가장 아래쪽 구획에서나 찾아볼 수 있는 프라세오디뮴(praseodymium, Pr)과 네오디뮴이 혼합된 자외선 차단용 녹색 유리가 보안경 제작에 사용됩니다. 원자력 발전 등에 이용되는 원소인 우라늄(uranium, U)이 사용된 유리는 자외선을 쪼였을 때 밝은 녹색 형광을 만드는 특징으로 새롭게 쓰입니다. 이제는 유리와 같이 투명하고 평평하며 튼튼한 물체를 폴리카보네이트 등의 고분자를 이용해 만들어낼 수도 있습니다. 하지만 유리만큼 매끈하고 흠결 없는 표면을 얻기는 쉽지 않습니다. 유리는 플루오린화 수소산(HF)을 제외한 산, 염기, 화학물질에 대한 안정성이 매우 뛰어나기에 새로운 물질로 기존 유리를 대체하는 것은 요원한 일로 보입니다. (본문 185~186쪽) 그리스의 불은 무엇으로 만들었을까? 678년 침공한 아랍 함대에게 사용된 그리스의 불은 황, 석유, 그리고 역청에 몇 가지 새로운 조합이 이루어진 것으로 추정됩니다. 특히, 원유의 분리가 가능해지기 시작한 만큼, 나프타(naphtha)라 불리는 덜 정제된 가솔린이 사용되어 효과가 커졌습니다. 사막 장미에 포함된 황산 칼슘의 연소에서 발생하던 고체 물질인 생석회(quicklime)도 끝없이 타오르는 그리스의 불을 만들어내는 데 중요한 역할을 합니다. (본문 201쪽) 전쟁과 화학의 관계 세계대전에서 사용된 전략과 무기, 병력과 병참은 광범위합니다. 화학 역시 세계대전 이후에 그 존재감을 가장 마음껏 뽐냈습니다. 전쟁으로 인한 천연고무 공급의 부족을 극복하기 위해 합성 고무를 만들어 타이어를 비롯한 물품을 대체하기 시작했고, 23본부 특수부대 고스트 아미(Ghost army)는 고무로 만든 풍선 전차로 공습을 유도하고 적을 교란하는 기만전술을 펼칠 수 있었습니다. 합성 고분자 섬유인 나일론으로 낙하산을 만들어 노르망디 상륙작전을 성공적으로 수행하기도 했죠. (본문 228쪽) 앨리스의 몸속에서는 어떤 변화가 일어날까? 거울 반대편의 세상을 상상하던 앨리스는 벽난로 위 걸려있는 거울을 만져보고 거울 속 세계로 넘어가게 됩니다. 거울이 현실을 반대로 나타내는 것처럼, 앨리스가 넘어간 거울 세계에서는 달리면 제자리에 멈추고 물러나면 앞으로 다가서게 되는, 논리가 뒤집힌 세상이었습니다. (중략) 이제 화학적 관점에서 문제를 조금만 더 심각하게 만들어보겠습니다. 앨리스는 거울 바깥과 속에 따로 존재하는 개별적인 인물이 아닌, 거울을 통해 모든 것이 뒤집힌 세상으로 들어갔습니다. 반전되지 않고 모든 논리가 반대인 세상으로 들어갔으니, 앨리스의 유전자를 구성할 DNA는 여전히 반시계방향으로 꼬여 있고 아미노산 역시 거울 속 세계의 인간과는 정반대일 것입니다. 좌우 반전된 것 외에는 어차피 각 분자마다 같은 종류, 같은 개수의 원자들로 이루어졌을 터이니 무슨 큰 문제가 발생할까 싶지만, 결론적으로 앨리스의 몸에 심각한 문제가 발생합니다. (본문 250~251쪽)