무기화학이란 무엇이며 전망은 어떠한가

화학의 가장 기본적인 배경은 무기화학이라고 볼 수 있다. 탄소 이외의 모든 자연계에 존재하는 화합물을 다루는 화학의 주요한 부분으로 인류의 삶에 지대한 영향을 끼치고 있는 무기화학이란 무엇인가 그리고 전망에 대하여 알아보기로 한다.

 

1. 무기화학의 정의

화학물질은 유기물과 무기물로 구분된다. 유기물은 탄소를 포함하는 물질이며  무기물은 산소 또는 질소를 포함하는 물질이라고 볼 수 있다. 무기화합물은 주로 자연계에서 분해되어 생산되거나 인공적으로 만들어진다. 금속원소와 비금속원소 간의 결합으로 이루어진 산화물 형태의 무기 화합물들이다. 또한 수소원자를 제외한 모든 원자가 공유결합으로 연결된 무기화합물의 형태로 존재한다. 결합 중에 가장 단단한 구조인 이온결합으로 이루어진 염화나트륨등이 대표적이다. 또한 무기화학은 주로 전이금속이나 희토류 금속등을 다루고 있다. 탄소와 수소 결합체 이외의 자연계에 존재하는 모든 화학물질을 연구하는 학문이다. 화학이라는 학문이 그러하듯이 무기물질의 자연현상에 대한 관찰을 먼저 하고 나서 그 메커니즘과 물질의 성질에 대한 이론적인 배경이 뒷받침되는 것이다. 응용분야로는 촉매 화학, 재료 과학, 색소, 계면활성제, 코팅, 의약품, 연료 등 다양한 물질에 적용되는 화학산업에 기여하는 학문이다. 

 

2. 무기화학의 내용

무기화학에서 주로 다루는 물질은 대체로 용융점이 높고 고체 상태에서 전기를 전달하지 않는 부도체이다. 이러한 물질의 특성으로는 자연계에서 광물의 형태로 존재하는 경우가 많다. 일부에서는 인공적으로 반응시켜서 만드는 화합물도 일부 있기도 하다. 파생되는 분야별 연구 내용은 다음과 같다.

 

1) 주기율표를 기준으로 조성론에 대한 연구로 분자구조에 대해서 구체적인 사항을 알게 되었다. 원소의 화학적 성질이 원소의 일정한 순서에 따라 주기적으로 변화하는 법칙을 말한다. 원자 번호는 원자핵의 양전하를 전자 단위로 나타내는 값이다. 원자나 분자의 전자적인 설명을 상세히 다루게 되는 것이다.

 

2) 화합물의 배위결합에 대한 연구로 화학 결합의 한 종류를 나타내며 원자의 한쪽에서 전자쌍을 제공하는 형태의 결합을 나타낸다. 금속 양이온을 중심으로  배위자가 결합하여 착화합물의 형태를 나타내는 구조를 설명하는 것이다.

 

3) 유기금속화합물을 중심으로 하는 착화합물에 대한 연구로 금속카보닐, 페로센 등 여러 가지 금속 물질과 유기 화합물의 결합을 다루는 것이다. 이는 석유화학 제품이 제조나 유기 중합체를 제조할 때 촉매로 사용되는 연구 분야이다.

 

4) 전자현미경과 X-선을 활용한 무기구조화학에 대한 연구를 하여 물질의 상태별 분자 간 세분화할 수 없는 구조로 고체의 공간적인 구조를 다루는 것이다.

 

5) 고온 초전도 물질에 대한 연구로 다양한 종류의 물질에서 나타나는 현상이다. 대표적으로 주석이나 알루미늄에서 나타난다. 다양한 금속 합금이나 세라믹에서 나타난다.  금이나 은과 같은 물질에서는 잘 나타나지 않는다

 

6) 탄소나노튜브에 대한 연구로 탄소 6개가 육각형을 이룬 흑연면이 관 모양으로 연결되어 있는 것이다. 물성을 확인해보면 기계적 강도는 철제보다 백배이상 뛰어나면서 구리와 비슷한 전기 전도도를 보여준다.

 

7) 실리카 다공성 구조체에 대한 연구로 실리카의 구조적 특성을 고려하여 적절한 화학물질과 실리카를 중합반응시켜서 구조변경을 한다. 그러면 실리카의 기공경과 기공체적이 큰 다공성 구조를 제조하여 산업분야에 적용하는 것이다.

 

3. 무기화학의 전망

최근에는 컴퓨터를 활용한 고성능의 분석 및 각종장비를 사용하여 무기화합물의 반응성이나 물질의 특성에 대하여 연구가 깊이 진행이 되고 있다. 특히 분자보다는 원자 수준에서 구조적인 특성을 연구하여 최첨단 소재들이 개발되어 산업적으로 적용이 돠기도 한다. 일부에서는 유기물과 결합하여 기능을 발전시키는 유기금속화합물에 대한 연구가 활발히 진행되며 비금속 화합물도 연구되고 있다. 미시세계인 원자 수준의 물질을 연구하다 보면 양자역학적인 개념이 도입되며 이를 활용한 소재 개발에도 활기를 띠고 있으며 고온 초전도성 물질이나 탄소 나노튜브라든가 실리카등의 다공성 구조체 등 특수 소재 개발에 적용되고 있다. 첨단 소재개발의 반응과정에 필수적으로 사용되는 촉매를 개발하여 산업현장에 크게 기여한다. 이와 같이 무기화학의 많은 부분이 점차 연구 개발되어 우리의 생활에 많은 영향을 끼칠 것으로 기대되는 학문이다.