어느 화학 교수의 강의노트 1 : 물

PROLOGUE

PART 1. 창조
1.1 독창성과 정신적 유산
1.2 대폭발과 원자의 탄생
1.3 수소가 왜 분자로 존재했을까?
1.4 우주배경복사
1.5. 수소의 진화
1.6 정상상태이론
1.7 분자의 탄생
1.8 팔우설
1.9 불타는 공기

PART 2. 수소의 구조
2.1 미시세계에 들어서다
2.2 전자가 존재하는 곳
2.3 진동과 에너지
2.4 보어와 슈뢰딩거의 원자

PART 3. 물의 구성
3.1 유별난 물
3.2 양다리 작전
3.3 쌓임의 힘-격자에너지
3.4 공유결합-섞임
3.5 만남과 헤어짐
3.6 정사면체 구조
3.7 전기 음성도
3.8 화학적 힘(force)과 화학적 결합(bonding)
3.9 바람난 수소(hydrogen)
3.10 혼성 궤도
3.11 쌍극자 모멘트
3.12 물의 열용량
3.13 모든 것을 안아주는 어머니

PART 4. 산과 염기
4.1 진주의 눈물
4.2 양쪽성과 일방성(一方性)
4.3 착물(complex)
4.4 산성비
4.5 양잿물
4.6 강산과 강염기
4.7 유유상종-HSAB 개념

PART 5. 물과 탄산가스
5.1 타고 남은 재
5.2 순환주기에 놓인 탄소
5.3 온난화의 주범
5.4 프네우마
5.5 탄소순환과 생명의 탄생

PART 6. 원시지구에서 물
6.1 탄생
6.2 수소의 꿈은 방랑자
6.3 물의 기원에 대한 가설
6.4. 생명이 탄생한 곳
6.5 작은 연못 속의 따뜻한 죽
6.6 해저열수공
6.7 판스페르미아(panspermia)
6.8 최초의 생명현상
6.9 기체와 고체
6.10 산소의 등장
6.11 용매로서 물
6.12 표면장력(surface tension)
6.13 물이 품은 탄소
6.14 생명체의 고향

PART 7. 생명은 물의 흐름이다
7.1 순환하는 물
7.2 에너지의 교환
7.3 지구의 온도조절 장치
7.4 해류

PART 8. 물의 본성을 다시 보다
8.1 결여의 바닥에서
8.2 양수결합으로
8.3 포괄적 어머니
8.4 순환과 배향
8.5 루이스의 전자
8.6 생명현상에 참여한 탄소
8.7 블루머니

참고문헌

과학은 사물에 대한 사고(思考)로부터 시작된다. 그 가운데 질적 수준이 가장 높은 것이 독창성(獨創性, originality)이다. 독창성이란 모방이나 어떤 관계에서 파생된 것이 아니라 식물이 새로운 세포를 만드는 것처럼 유기적인 관계로 발생하는 자발적인 것을 말하고 있다. 특히 과학 분야의 독창적 사고는 그것을 키우고 다듬는 과정이 과학발전의 표석이 될 수도 있다. 그 과정은 또 다른 진리를 만나 다듬어지고 가꾸어져 새로운 결과를 생산해 내는 끝없는 되먹임(feedback)의 과학정신이 살아 숨 쉬는 하나의 통로가 되기 때문이다. 원자력 시대의 선구자로 노벨상을 두 번씩이나 수상했던 퀴리는 이러한 과학정신을 ‘인간의 가장 가치 있는 정신적 유산’이라고 했다.

수소는 지금까지 알려진 118개의 원자 중 가장 작고 단순하고 보잘것없는 원소지만, 우주의 진화에 대한 과학자들의 생각이 정립되는 과정에서 중요한 역할을 해왔다. 한 개의 핵과 한 개의 전자 이것이 수소가 가진 모든 것이다. 그렇지만 이 포장되지 않은 단순함에는 모든 원자가 가져야 할 기본적 요소와 모든 조건이 내포되어 있다. 과학자들이 수소를 이용하여 창조주께서 그 속에 감추어 둔 비밀들을 하나씩 밝힐 수 있었던 것도 바로 그가 가지고 있는 단순함에 근거하고 있다.
수소의 포장되지 않은 이 단순함이 미시(micro)세계의 시작이고 이들이 모여 거시(macro)세상을 이루었으며 물질이 되고 별이 되어 우주를 형성하였다.

탄소가 모든 생명체의 기본 골격을 제공하는 물질이라면 쉽게 이해하는 사람이 몇이나 될까? 대기 중에 존재하는 탄산가스는 고작 0.038%로 질소와 산소에 비해 상대적으로는 턱없이 적은 양이지만 모든 생명체는 바로 대기 중에서 이 기체로부터 얻은 탄소로 생명을 유지하고 살아가고 있다. 살아 움직이는 생명 과정이 끝나면 다시 기체가 되어 생명체를 떠나 대기 중으로 사라져 버리는 기체, 이것이 탄산가스다. 탄산가스는 모든 생명 현상에 없어서는 안 될 소중한 자산으로 관심을 가지고 지켜주어야 할 대상이다.