화학이란 무엇인가 그리고 미래는

화학이란 학문은 무척 머리 아프고 귀찮아서 많이들 포기하는 학문이다. 그러나 우리 실생활이 모두 화학과 연관이 되어있다는 사실을 모르는 사람은 없을 것이다. 이러한 화학이 어떻게 발전하였으며 미래는 어떠할지 그리고 화학이 우리에게 어떻게 작용했는지 화학의 역사적인 배경과 화학의 구성 그리고 화학의 미래에 대하여 알아보기로 한다.

 

1. 화학의 역사적 배경

인간의 호기심은 현재처럼 과학이 발전하는데 크게 기여하고 있다. 고대그리스 시대부터 자연 현상을 탐구하던 중에 나온 생각으로 세상의 모든 것은 물, 불, 흙, 공기의 4가지 원소로 이뤄져 있다고 믿어왔다. 그 후 발전을 거듭하여 중세에는 자연계에 존재하는 물질을 사용하여 귀한 금속인 금과 은으로 변형시키려는 연금술이 화학의 시초라고 볼 수 있다. 즉 물질의 변화에 대한 관찰 및 새로운 물질 제조하는 화학적인 개념이 도입된 것이다. 근대에 이르러서는 화학반응의 특성을 살펴보던 영국의 돌턴이 물질은 원자로 이루어진 작은 입자라는 아이디어를 내면서 다양한 반응의 특성을 알게 되었다. 그 후 러시아의 멘델레에프가 원소의 주기율표를 찾아내면서 근대의 화학은 본격적으로 눈부시게 성장하게 되었다. 물질의 연소에 대한 논란의 여지가 많았으나 프랑스의 라부아지에가 정량적인 실험으로 기초적인 화학반응의 법칙을 마련하게 되었다. 생물체만 만들 수 있다고 믿었던 유기화합물 실험에서 요소인 우레아가 합성되면서 천연물을 만들어 낼 수 있는 기술로 발전하게 되었다. 유기 합성을 하게 되면서 원유로부터 각종 생필품을 비롯  의료 산업 및 식량 공급량을 늘리기 위한  농약산업 제지 산업 최첨단 반도체 산업까지 화학이 사용 안 되는 분야가 없을 정도로 모든 인류가 큰 혜택을 입고 있다. 

 

2. 화학의 구성

화학을 연구하다 보면 그 분야가 너무 광대하여 차츰 세분화되기 시작하여 여러 갈래로 나눠지게 된다. 전통적으로 무기물의 변화를 취급하는 무기화학과 원소 중에 하나인 카본을 주로 다루며 모든 유기물의 합성 및 그 변화 특성을 연구하는 유기화학의 대표적인 두 부류로 나누어진다. 연구 및 실생활에 적용하다 보면 더 필요한 부분이 생겨나게 되어 분석을 위주로 하는 분선화학, 그리고 생물학적 관점에서 연구하는 생화학, 전기의 작용을 연구하는 전기화학, 고분자 물성을 연구하는 고분자화학 등으로 세분화되고 산업에 적용하다 보면 화학산업으로 발전하여 우리 생활에 필요한 각종 분야에 적용되고 있다.  이를 간단히 요약해 보면 다음과 같이 분야별 특성으로 나누어질 수 있다.

 

1) 무기화학 

탄소를 포함하지 않는 물질에 대한 구조와 화학적 특성을 연구하는 학문으로 주로 금속의 물성에 대한 연구를 하고 있다. 이분야에는 광물화학, 암석화학, 온천화학, 해양화학, 대기화학, 지구화학, 핵화학, 방사화학, 고체화학, 결정화학 등이 있다.

 

2) 유기화학 

탄소를 주성분으로 하는 화합물의 여러 가지 특성과 물성 및 반응성 등을 연구하는 학문이다. 18세기에 처음으로 무기물과 유기물에 대한 구분이 되었다. 자연계에 존재하지 않는 물질을 만들어 내기도 하며 주로 천연에서 얻어지는 원유등에서 탄소화합물을 분리하고 정제하며 그 구조등을 연구하며 실생활에 필요한 각종 물질을 만들어 내고 있다.

 

3) 분석화학   

물질을 분석하여 조성이나 구조, 형태 및 특성을 연구하는 학문이다. 주로 다른 학문을 위해  물질의 성질등을 조사하고 분석하여 순수과학에 기여한다. 정성 분석과 정량 분석으로 나누어지며 정성 분석은 화합물의 조성을 알아내는 것이고 정량분석은 물질에 대한 구성 성분의 수량을 알아내는 학문이다. 

 

4) 생화학 

생명체를 구성하는 세포 내에서 일어나는 화학적인 특성을 연구하는 학문이다. 생분자 물질이 세호 내에서 어떤 작용을 하는지 밝혀내는 것이다. 기초 생명 분야부터 의약학, 산업공학등 많은 분야로 확장되어 가고 있다. 주 연구 분야로는 효소학, 대사조절, 핵산생화학, 당생화학, 지질생화학 및 단백질체학 등 연구가 진행되고 있다.

 

5) 고분자화학 

분자량이 10,000을 넘어가는 무기 및 유기 화합물의 중합체를 연구한다. 저분자와는 다른 물성과 반응성을 가지고 있으므로 별도의 연구가 필요하다. 주로 고체와 용액의 점성도 등 물리화학적인 관점에서 연구가 되고 있으며 최근에는 생체 고분자에 대한 연구가 진행되고 있다.

 

6) 전기화학 

전기화학은 물질과 전기 사이에 전자들 전달하는 작용을 연구하는 학문이다. 전자의 전달 반응을 이용하여 관련된 화학 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 연구를 한다. 화학적인 전자 전달현상과 전기에너지를 관련시키는 영역을 일반적으로 전기화학 분야하고 한다. 

 

3. 화학의 미래

20세기 이후에는 미시세계에서 일어나는 변화를 설명하기 위해 새로운 이론체계가 필요하여 양자역학을 접목하여 양자화학 또는 물리화학으로 자연계 변화에 대한 설명을 하게 되었다. 과학이 날로 발전하며 이제는 물리와 화학의 구분이 모호 해진 경향이 있다. 엄밀히 구분한다면 화학은 자연계의 현상을 보고 설명하는 편이고 물리는 이론을 설정한 다음 실험으로 입증하는 학문적 특성이 있을 뿐 자연계의 진실을 규명하고 실생활에 적용하는 과정은 공통적이라고 볼 수 있다. 자연계를 구성하는 모든 물질은 화학과 연관이 될수 밖에 없다. 우리의 일상생활에서 보고 접하고 사용하고 먹는 것까지 모든 것이 화학 물질임을 보면 화학이야 말로 모든 과학과 기술의 한가운데 있음을 알 수 있다. 심지어 생명체의 탄생과 사멸까지의 생명현상도 화학의 지배를 받는다. 화학은 실용학문의 중심이라고도 볼 수 있다. 삶의 질을 향상 시키는 것을 주목적으로 하는 화학은 미래 산업에 인류의 공영에 기대하는 학문으로 자리매김하고 있다.