우리가 사는 세상은 어떤 물질로 이루어져 있을까? 화학과 교수가 들려주는 원자와 분자, 세포 이야기 화학은 우리 삶과 밀접한 관계가 있다. 아침에 일어나서 저녁에 잠자리에 들 때까지 우리가 보고 접촉하며 사용하고 먹는 모든 것이 화학물질이다. 세상의 모든 물질은 원자나 분자로 이뤄져 있는 ‘화학물질’이기에, 화학물질이 없는 삶은 상상할 수 없다. 서로 다른 존재가 만나 화학적 반응을 한다는 의미로 쓰이는 ‘케미’라는 말 역시 ‘케미스트리(화학)’에서 나왔다. 음식, 일상용품에서 미래 기술에 이르기까지 화학이 활용되는 분야는 무궁무진하다. 그런데 정작 우리는 세상을 이루는 물질의 원리와 역할에 대해 잘 알지 못하며, 화학은 어렵고 위험하다는 편견이 있어 멀게만 느껴지는 것이 사실이다. 우리 뇌와 인체, 나아가 인간이 사는 세상의 원리를 이해하려면 원자와 분자, 세포를 다루는 화학에 대해 올바로 알아야 한다. 이 책은 우리 몸과 지구, 우주를 구성하는 원자와 분자, 세포가 어떤 특성이 있으며 화학이 어떤 원리를 통해 인류 문명에 기여했는지 살펴본다. 화학자들이 어떤 호기심을 가지고 연구했는지, 그렇게 해서 알게 된 과학적 사실을 통해 화학이 어떻게 발전했는지 화학의 과거와 현재, 미래를 들려준다. 본문 중간중간 들어가는 사진과 그림은 어렵게 느껴질 수 있는 내용을 시각적으로 이해하는 데 도움을 준다. 하상수 경희대학교 화학과 교수는 화학자로서 오랜 연구와 강의를 통해 얻은 경험과 노하우를 이 책에 담았다. 원소의 발견, 물질의 근원인 원자의 구성과 원자들의 화학 결합, 물질의 특성과 생성 과정, 분자운동과 화학반응, 바이러스, 세포를 활용한 질병 치료 등 화학자들의 성공과 실패의 역사를 통해 독자를 화학의 세계로 안내한다. 화학은 우리 삶에 왜 중요할까? 인류의 운명을 바꾼 화학의 역사와 미래 음식, 일상용품에서 의약품, 질병 치료에 이르기까지 우리의 삶에서 화학과 무관한 것은 하나도 없다. 화학의 발전 덕분에 인류의 삶은 윤택해졌으며 난치성 질병에 대한 유전자 치료의 길도 열렸다. 그렇다면 우리 몸과 세상은 어떤 물질로 이루어져 있을까? 물질의 최소 단위인 원자와 분자는 우리 삶을 이루는 중요한 구성 요소다. 원자들이 모여 분자를 이루고, 이러한 분자들이 모여 우리 몸과 지구, 우주를 만든다. 화학자들은 이러한 원자와 분자, 세포를 연구하는 과정에서 반물질, 원자핵, 효소, 호르몬, 양자론을 발견했으며, 화학물질 패턴 속에 감춰진 규칙과 변칙을 파악해 주기율표를 만들었다. 또한 페니실린과 아스피린 등 신약 발명, 면역과 항체 연구를 통한 백신 개발, DNA 이중나선 구조와 클론 기술의 개발로 미래 유전자 치료의 길을 열었다. 이 책에 나오는 화학 이야기를 읽다 보면 어느새 화학에 매료된 자신을 발견할 수 있다. 끊임없이 움직이는 작은 것들의 세계에서 일어나는, 때로는 격정적이고 장엄한 사건들이 우리의 삶과 일상을 늘 가득 채우고 있다는 사실을 깨닫게 될 것이다. “화학자들의 투쟁은 지금도 현재진행형이다!” 화학이 인류의 미래를 위하여 풀어야 할 과제 -2대에 걸쳐 노벨상을 6번 수상했지만 방사선 노출 부작용인 백혈병으로 죽은 퀴리 부인과 큰딸 이렌 졸리오-퀴리 -소아마비 백신을 발견했지만 특허권을 포기하고 무료로 백신 제조법을 공개해 소아마비를 종식시킨 소크 -최초의 에이즈 바이러스(HIV) 발견자 자리를 놓고 10여 년간 다툰 세기의 라이벌 몽타니에와 갈로 -밴팅과 매클라우드의 인슐린 발견과 노벨상 수상에 얽힌 비화 -제넨텍을 설립해 유전자 재조합 기술을 기반으로 인슐린을 대량 합성한 보이어와 스완슨의 만남 -우연히 페니실린을 발견한 플레밍, 뢴트겐의 X선, 캐러더스의 나일론, 노벨의 다이너마이트 제조법 발견 등 사소한 실수와 우연으로 탄생한 위대한 발명품들 이 책은 4원소설을 주장한 탈레스부터 야마나카의 줄기세포 연구에 이르기까지 화학자들과 관련된 흥미로운 에피소드를 통해 화학의 과거와 현재, 미래를 들려준다. 우두법을 발견한 제너, 미생물 연구에 평생을 바친 파스퇴르와 코흐, 방사능을 발견한 마리 퀴리, 우연히 페니실린을 발견한 플레밍 등 다양한 화학자의 삶을 통해 화학의 역사는 과학자들의 땀과 호기심, 우연의 역사임을 알려준다. 화학이 인류의 미래를 위하여 풀어야 할 과제는 무궁무진하다. 화학은 실용 학문의 중심에서 우리 삶의 질을 향상시키는 데 큰 기여를 했다. 비료, 농약, 염료, 의약, 합성섬유, 플라스틱, 요업, 금속 제품 등의 개발은 모두 화학의 힘에 의존했다. 자연과학의 중심에 있는 화학이야말로 공학ㆍ기술 분야와 깊은 관계를 유지하면서 인류의 당면 문제들을 해결하는 데 필요한 방법과 지식을 폭넓게 공급할 수 있는 학문이다. 이러한 화학을 이해하는 것은 세상을 구성하는 원리를 이해하고 더 나은 세상을 여는 계기가 될 것이다.

프롤로그 PART 1 화학은 우리 삶에 왜 중요할까? 1. 화학은 질문에서 시작한다 2. 화학물질로 이루어진 세상 PART 2 인류의 운명을 바꾼 원자의 역사 1. 탈레스, 그리고 4원소설 - 고대 그리스 시대 2. 원자 세기의 도래 - 17~18세기 연금술에서 화학으로 | 산소의 발견과 산화 이론 | 일정성분비의 법칙을 발견하다 3. 돌턴의 원자설 - 19세기 초 4. 화학적 성질에 따라 원소를 분류하다 - 19세기 중반 원소 주기율과 주기율표 | 스펙트럼 분석법의 발전 | 전자기파와 맥스웰 방정식 5. 원자론을 체계화하다 - 19세기 말~20세기 초 음극선관의 발전 | X-선을 발견하다 | 또 다른 방사선의 발견 | 전자？원자핵의 발견과 초창기 원자모형 | 양자론의 탄생 | 전하량이 없는 입자, 중성자 | 반입자로 구성된 미스테리한 물질, 반물질 | 이란성 쌍둥이 기술, 핵분열과 핵융합 | 현대에 원자가 갖는 의미 PART 3 물이 있는 곳에 생명이 있다 1. 물질의 세 가지 상태 - 기체, 액체, 그리고 고체 2. 물이 왜 중요할까? - 물의 생성과 역할 물은 어떻게 탄생했을까 | 생명의 기원, 물의 독특한 성질 PART 4 인간과 지구, 우주를 이루는 분자의 세계: 분자와 화학결합 1. 분자 성질과 관련된 동족성의 문제 2. 분자는 어떤 성질을 지니고 있을까? - 분자의 개념과 성질 원자와는 다른 분자의 특성 | 분자 개념에 기반한 분자 구조식과 화학결합 | 생명체에 존재하는 거대한 분자, 단백질과 핵산 | 고분자 화합물의 발견과 재탄생 PART 5 생명을 살리는 화학: 생명체의 기본 단위로서의 세포 vs. 물질로 이루어진 세포 1. 풀리지 않는 수수께끼, 생명의 기원 2. 모든 세포는 세포에서 유래된다 - 세포설, 파스퇴르의 자연발생설 부정과 세균(학)설 3. 남녀 성별의 수수께끼를 밝히다 - 성 결정과 유전자 4. 전염병을 예방하는 백신을 발견하다 - 우리 몸속 면역의 역할과 항체 연구 5. 혼자서는 생존할 수 없는 원시 생명체, 바이러스 6. 생물체의 엔지니어, 효소 7. 진정한 만병통치약, 호르몬 8. 세균성 감염을 치료한 최초의 의약품, 페니실린 9. 염증을 완화하는 최초의 소염 진통제, 아스피린 10. 약물 부작용? 이제는 개인 맞춤 의학 시대 11. 생명과학의 획기적인 발전, DNA 이중나선 구조 12. 양날의 칼, 클론 기술 13. 유전자 시대의 새로운 시작, 유전병과 유전자 치료 에필로그

화학은 이제 우리 삶의 일부라고 할 수 있다. 많은 사람의 목숨을 구하는 의약품, 액정으로 이루어진 스마트폰과 평면 텔레비전, 전기 또는 수소로만 움직이는 자동차를 생각해보라. 화학(화학물질 또는 화학반응) 없이는 인간 자체도 존재할 수 없다고 말할 수 있지 않을까? 실제로 우리 몸은 수많은 화학반응이 진행되는 복잡한 화학공장이다. 음식물 소화와 호흡, 사고와 감각조차도 우리 몸에서 일어나는 화학반응의 예다. -17쪽 마리 퀴리는 라듐을 연구하는 데 평생을 바쳤기에 엄청난 양의 방사능에 노출되었다. 불행히도 1945년 8월 히로시마와 나가사키 원자폭탄의 희생자들과 1986년 4월 체르노빌 핵 누출 사고의 희생자들에게 나타났던 방사선병이 마리 퀴리의 건강을 해쳤다. 그녀는 방사선 노출의 후유증으로 백혈병에 걸려서 1934년에 병사했다. 그녀의 큰딸 역시 방사능 실험 연구의 후유증인 백혈병으로 사망하자, 라듐 등 방사성 물질을 연구하는 많은 과학자가 방사성 물질을 제대로 취급하지 않으면 잠재적으로 위험한 물질이 될 수 있다는 사실을 인식하기 시작했다. 오늘날 우리가 누리는 방사능의 혜택 중 하나가 백혈병을 포함한 암 종양의 치료에 사용된다는 점은 아이러니하다. -72~73쪽 여성 과학자로서 마이트너의 삶은 여러모로 마리 퀴리의 삶과 비교되었다. 한과 학문적 동지로서 함께한 것은 역시 남편 피에르 퀴리와 학문적 동반자였던 마리 퀴리와 비슷하지만, 마이트너는 여성이자 유대인이라는 이유로 노벨상이 한에게만 돌아가는 것을 지켜봐야 했다. 마리 퀴리는 차별을 딛고 소르본대학교 교수가 됐고 여성으로서 최초로 프랑스 의학 아카데미 회원이 되었지만, 마이트너는 여성이자 유대인이라는 이유로 오랫동안 교수로 임용되지 못했고 나중에 어렵게 얻은 교수직마저 박탈당했다. -95쪽 우리가 실생활에서 고체의 성질만을 가진 물질로 잘못 알고 있는 물질이 또 있다. 바로 유리인데, 눈에 보이고 손으로도 잡을 수 있으며, 단단하고 부피와 모양도 변하지 않아서 고체의 성질만 가진 것으로 생각하기 쉽다. 그렇지만 유리는 액체의 성질도 가지고 있다. 유리는 액체의 점성을 가지고 있는데, 이런 점에서 유리는 끈적이는 점성이 아주 높은 액체다. -115쪽 우연한 사건의 개입으로 뜻밖의 발명이 이루어지는 경우가 있는데, 이를 세렌디피티(serendipity)라고 한다. 몰입하다 뜻밖의 큰 발견을 하는 것을 뜻하는데, 뢴트겐의 X-선이나 3M의 대명사가 된 ‘포스트-잇’도 그런 경우다. 보관 용기에 구멍이 생겨 새어 나온 나이트로글리세린이 규조토와 섞인 것을 보고 다이너마이트 제조법을 발견한 노벨도 마찬가지다. 일본의 시라카와 밑에 있던 유학생이 밀리몰 단위를 몰 단위로 잘못 읽어서 촉매제의 양을 1,000배나 잘못 넣는 바람에 ‘전기가 통하는 플라스틱’을 발견하게 된 것도 세렌디피티의 예다. 나일론의 발명에도 이와 같은 ‘우연한, 그러나 준비된 행운’이 찾아왔다. 캐러더스와 같은 연구소에서 일하던 한 연구원이 폴리에스테르를 유리막대기에 묻혀 장난삼아 연구실 안을 돌아다녔는데 이게 실처럼 길게 늘어났다. 그 말을 들은 캐러더스가 녹는점이 높은 폴리아미드로 같은 실험을 해보았는데, 이 역시 실처럼 길게 늘어났다. 이것이 나일론의 탄생 비화다. -174쪽 소크는 수많은 시행착오 끝에 1950년대 말 뛰어난 증식 능력을 가진 헬라세포를 이용해 소아마비 백신을 대량 생산하는 데 성공했다. 그 덕분에 미국은 소아마비 풍토병에서 해방됐고 소크에게는 엄청난 부를 거머쥘 기회가 생겼다. 하지만 소크는 돈에 욕심이 없었다. 그는 소아마비 백신 대량생산 기술을 특허 등록도 하지 않았고 그의 재산을 소크연구소 설립을 통해 사회에 환원했다. 왜 그 기술을 특허 등록하지 않았냐는 질문에 그는 “특허 같은 건 없습니다. 태양에도 특허를 낼 건가요?”라고 답했다. -218쪽 현재로서는 생체의 냉동과 해동의 신비가 모두 벗겨진 것이 아니다. 그렇지만 냉동기술 자체는 꾸준히 발전하여 최근에는 항온 동물인 개나 토끼를 짧은 시간 동안이긴 하지만 얼린 후에 해동하여 살리는 것이 가능한 수준이다. 또한 인위적인 실험이 아닌 사고이긴 했지만, 캐나다에서는 13개월 된 아기가 -20℃의 날씨에 밖에 나간 후 눈에 파묻혀 꽁꽁 얼어붙는 사고를 당했는데, 10시간 만에 발견되어 구조된 후 의료진의 예상을 뒤엎고 극적으로 살아난 예도 있다. 따라서 먼 미래에는 불치병의 치료나 생명 연장뿐만 아니라, 냉동인간을 해동시키는 기술 역시 발전하여 별문제 없이 되살릴 수 있을 것이라 기대된다. -221~222쪽 남아프리카공화국 육상 여자 국가대표인 세메냐는 2009년 베를린 세계육상선수권대회 여자 800미터 결승전에서 우승을 차지해 금메달을 딴 순간부터 ‘성 정체성’ 논란에 시달렸다. 얼굴에 난 거뭇한 털, 완벽하게 갈라진 어깨 근육 등이 의심의 표적이 되었는데, 승리하려는 욕망에 사로잡혀 남성 호르몬 주사를 맞은 것이 아니냐는 주장이 제기되었다. 이에 따라 국제육상경기연맹(IAAF)은 그에게 성 감별 검사를 요구했다. 검사 결과, 세메냐는 중성인 것으로 밝혀졌다. 즉 남자와 여자의 성별 특성을 모두 지닌 사람으로 확인되었는데, 밖으로 드러난 남성 생식기는 없으나 그렇다고 해서 자궁과 난소가 있는 것도 아니었다. -239쪽 플레밍이 페니실린을 발견한 것은 잘 알려진 것처럼, 순전히 우연이었다. 라이소자임을 발견한 후, 플레밍은 영국 세인트메리병원에서 곰팡이를 배양해 멸균능력을 지닌 물질을 분리하는 연구를 진행하고 있었다. 마침 플레밍의 연구실 바로 아래층에는 곰팡이로 알레르기 백신을 만드는 연구가 한창이었다. 이 실험실에서 사용한 곰팡이 중 하나가 운 좋게 위층으로 날아왔는데, ‘푸른곰팡이’로 잘 알려진 ‘페니실리움 노타툼’이 연구실의 수많은 곳 중에서도 하필 포도상구균이 배양되던 플레밍의 배양용기에 가서 앉았던 것이다. 푸른곰팡이로 오염된 부분에만 포도상구균이 살지 못한다는 사실을 발견한 것은 플레밍이 여름 휴가를 마치고 돌아온 뒤였다. -336~337쪽 샴쌍둥이와 기생성 쌍둥이의 차이는 각각을 한 명의 사람으로 볼 수 있을지 여부에 있다. 머리가 따로 있어서 독립적인 사고를 할 수 있는지도 중요하지만, 애초에 하나의 생명으로 존재할 수 있는 수정란이었는지 여부도 중요하다. 샴쌍둥이는 일란성 쌍둥이가 수정란의 난할 과정에서 두 명의 아기로 분리되어야 할 타이밍을 놓친 것이라고 볼 수 있지만, 기생성 쌍둥이는 신체가 붙은 정도가 아니라 퇴화한 한쪽을 다른 한쪽이 흡수해서 퇴화한 쪽의 일부만 남아 성장하는 경우다. 기생성 쌍둥이는 샴쌍둥이보다 더 희귀해서 확률이 50만 분의 1이다. -376~377쪽 화학이 인류의 미래를 위하여, 지속 가능한 발전을 하기 위하여 풀어야 할 과제는 무궁무진하다. 자연과학의 중심에 있는 화학이야말로 공학ㆍ기술 분야와 깊은 관계를 유지하면서 인류의 당면 문제들을 해결하는 데 필요한 방법과 지식을 폭넓게 공급할 수 있는 학문이다. 어떤 분야에서 일하든지 새로운 조합 또는 융합에 대해서 고민하는 자세가 창조로 이어질 수 있고, 그럼으로써 보다 나은 세상을 만들 수 있기에 화학을 이해하는 것은 더 나은 세상을 여는 계기가 될 수 있을 것이다. -403쪽