촉매란 무엇인가

머리말 | 4

제1장 촉매란 무엇인가 ?
촉매가 제1차 세계대전을 일으켰을까? | 11
자연계 질소의 순환과 촉매 | 12
촉매는 화학반응의 중매꾼 | 13
백금회로는 왜 따뜻한가? | 15
수소를 태운다 - 연료전지 | 18
어떤 것이 촉매가 될까? | 24
촉매의 작용 | 26

제2장 화합물의 합성 -촉매의 발견과 응용-
술빚기(주조) | 33
세균과 촉매 - 산화반응 | 34
알코올 화학 | 37
마가린과 양초와 휘발유 - 수소화 반응 | 40
공기로부터 빵을 만든다 - 공중질소의 이용 | 48
화학섬유와 합성수지 - 중합반응 | 50
화학 합성원료 전환의 성패는 새로운 촉매의 개발에 달려 있다 | 57
연금술과 촉매 | 61

제3장 에너지의 위기와 환경문제 그리고 촉매
자원절약, 에너지 절약의 문제 | 65
환경 문제와 촉매 | 69
자원과 에너지의 절약 | 70
이용되지 않고 있는 에너지의 개발 | 77
이용되지 않고 있는 자원의 개발 | 90
배기와 폐수의 정화 | 95

제4장 생명과 촉매
지구의 화학진화 | 111
광학활성물질 | 122
효소의 고정화 | 125
대사와 증식 | 128
백금착체와 제암작용 | 133

제5장 촉매의 기구를 밝힌다 (1)
반응탑에는 왜 여러가지 종류가 있는가? | 141
촉매의 분류 | 146
검은 상자 속의 알맹이를 밝혀낸다 | 155
촉매는 어떻게 화학반응을 촉진하는가? | 157

제6장 촉매의 기구를 밝힌다 (2)
촉매작용과 흡착 | 169
흡착입자 운동의 직접 관찰 | 175
일어 나기 쉬운 반응과 까다로운 반응 | 178
꼼꼼한 터널꾼 | 181
배위와 촉매작용 | 183
동위 원소로서 표지를 한다 | 193

제7장 촉매의 장래 -진단과 설계-
광촉매 반응 | 203
고체산・염기촉매 | 211
균일촉매와 불균일촉매의 접점 | 219
모델효소 | 228

주석 | 231
후기 | 251
옮긴이의 말 | 254

야생 원숭이가 나무가 옴폭하게 패인 곳에 숨겨 놓았다 잊어버린 과실이 자연스럽게 발효해서 맛 좋은 과실주가 빚어졌다는 이야기가 있다. 또 남반구의 깊은 산속 원주민들이 곡류를 입으로 씹어 곱게 으깬 것을 발효시켜서 어떤 종류의 술을 빚고 있다는 이야기를 들은 사람도 있을 것이다.
이와 같이 양조(釀造)는 인류의 발달과 더불어 긴 역사를 가지고 있다. 원주민이 곡식을 입으로 으깨는 이유는 침으로 곡식 속의 탄수화물을 당으로 바꾸기 위한 것인데, 이는 타액에 들어 있는 ‘아밀라아제’라고 하는 효소의 작용에 의한 것이다. 과즙 혹은 이렇게 해서 만들어진 당액(糖液)에 공기 속에 떠돌고 있는 여러 가지 효모균이 뛰어들어 당을 먹고 탄산가스를 뱉어내면서 증식한다. 이때 알맞게 알코올 발효를 하는 효모균이 다른 효모균보다 우세하여 증식하게 되면 부산물로서 에틸알코올을 몸 밖으로 배설한다. 술이나 맥주의 양조공장을 견학한 사람은 발효 탱크 안에서 술덧이 탄산가스 거품을 부글부글 뿜어내고 있는 것을 보았을 것이다. 배출된 에틸알코올이 어느 농도에 달하면 그 자체로 방해가 되어 효모의 증식이 멎는다. 이것이 발효에 의한 양조의 기구이다. 효모균의 체내에서 이 메커니즘의 주역을 담당하는 효소라는 물질이 촉매의 일종이라는 것을 생각한다면 촉매를 이용한 물질합성의 역사는 아주 오래된 것이라 하겠다. 하물며 현재 지구에 존재하는 여러 가지 물질이 지구의 오랜 역사 속에서 어떻게 하여 생성되었느냐는 ‘물질의 화학 진화’에 즈음해서 물질의 촉매작용이 중요한 역할을 했다고 말한다면 촉매의 역사는 지구 창조와 더불어 시작되었다고 할 수 있다.
그러나 물질을 만들기 위한 촉매의 발견과 응용의 역사, 즉 쓸모 있는 물질을 만들어 내기 위한 화학변화를 일으키는 것으로서 인간이 촉매를 의식적으로 사용하기 시작한 것은 약 2세기 전에 불과하다.

1913년부터 독일의 일대 석탄 산지인 루루 지방의 석탄연구소의 소장이었던 피셔(Franz Fischer, 1877~1948)는 1923년 한스 트롭쉬(Hans Tropsch)가 공동으로 수소(H2)와 일산화탄소(CO)의 혼합가스를 압축하여 알칼리를 가해서 약 400℃로 가열한 철(Fe) 촉매에 접촉시키면 물이나 탄산가스와 함께 석유가 된다는 것을 발견했다. 석유가 석탄을 산소가 부족한 상황에서 가열하면 분해되어 수소나 일산화탄소가 되므로 이 분해반응을 반대 방향으로 일으켜서 석유를 만들었다. 발명자의 이름을 따서 ‘피셔.트롭쉬 합성’이라고 불린다.
이 발견은 그 후 개량되어 제2차 세계대전 후에 독일이나 일본, 프랑스 등에서 공업화되어 석탄의 열분해로 얻어지는 석탄가스로부터 액체연료를 만드는 인조석유공업으로 발전했다. 전후 석유를 값싸게 살 수 있던 시대에는 거의 도외시되었으나 원유값이 올라가고 더군다나 언젠가는 고갈될 것이라는 전망으로 다시 석탄액화의 기술개발의 일환으로써 중요하게 된 것은 다 아는 바와 같다.