미스테리 끄새

youtu.be/NmNlFQ_50cc 콩, 옥수수, 감자 등 식물을 이용해 플라스틱을 만든다는 생각은 발상의 전환에 의한 것이다. 내용은 간단하다. 현재 인류가 채굴하는 석유의 90%는 연료ㆍ발전 등 대부분은 태워 없애는 형태로 이용되고 있는데 실생활에서 가장 중요한 플라스틱 등의 소재도 대부분 석유에서 나온다. 그러나 이같은 석유가 한정돼 있어 고갈의 위험이 있다는 것이다. 현재 전 세계 석유 매장량은 1조2,000억 배럴. 지금 사용하고 있는 수준으로 계산하면 앞으로 약 40년 정도를 공급할 수 있다. 학자들에 따라 이들 가채년한은 보다 상회할 것으로 추정하지만 궁극적으로 화석연료가 고갈된다는 점에서는 이론의 여지가 없다. 일반적으로 석유를 비롯한 화석연료는 모두 탄화수소 계열로 구성돼 있다. 그런데..

youtu.be/64bwB-7v3zo 플라스틱은 고무, 목재, 금속 등 여러 가지 물질의 대용품으로 가전제품, 생활용품, 가구, 건축자재, 전기용품 등은 물론 비닐, 합성섬유에 이르기까지 다양하여, 현대인은 플라스틱의 더미에 묻혀 살고 있는 셈이다. 불과 1백 년 동안에 인류의 삶을 플라스틱처럼 바꾼 재료는 거의 없다. 바로 유기합성의 개가인 것이다. 그런데 현대 문명의 총아로 볼 수 있는 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 염화비닐수지, 질산비닐수지, 염화비닐렌수지, 폴리에스터수지, 폴리스티롤수지, 메타크릴수지, 폴리에틸렌수지 등의 매우 다양한 물질은 모두 고분자화합물로서 그 대부분이 석유나 석탄으로부터 만들어진다. 한마디로 부존자원이 한정된 화석연료로부터 만들어진다는 점이다. 플라스틱을 화석연료로 만든..

youtu.be/rHNpis2DkHc 에틸렌에는 작은 탄소 원자 1개의 메틸기가 붙어 있는데 그는 지글러의 촉매를 사용하여 동일한 방향으로 배열된 중합체를 만들었다. 즉 그때까지 만들어졌던 어느 폴리프로필렌보다도 유용한 고밀도, 고용융점, 직선형의 폴리프로필렌을 만든 것이다. 폴리프로필렌은 세계의 주요 플라스틱이 되어 자동차 부품, 냉장고, 기타의 기구류 등 많은 성형품을 만드는데 사용된다. 또한 융단, 케이블 등에 사용되어 폴리프로필렌 산업은 현재 세계에서 가장 큰 규모의 산업이다. 현재 우리가 사용하는 대부분의 플라스틱은 지글러-나타 촉매 작용에 의해 생산되고 있다. 고밀도의 폴리에틸렌, 이소티탄폴리플로필렌, 4-폴리이소프로펜과 같은 여러 가지 탄소중합체, 트랜스-폴리아세틸렌과 같은 물질들은 모두 지..

youtu.be/WqfeXr3W8EA 베이클랜드의 성공은 또 다시 수많은 화학자들의 주목을 받았고, 많은 사람이 플라스틱으로 사용할 수 있는 또 다른 합성 고중합체를 만들기에 전념하였다. 1932년에 스웰로우는 화학반응에 미치는 초고압 효과를 연구하였는데 흥미 있는 생성물은 아무 것도 얻지 못했다. 그러던 중 에틸렌과 벤즈알데히드의 반응을 시험하였는데 실험이 끝나자 용기의 벽에 매우 긴 사슬을 갖고 있는 백색 왁스와 같은 고체가 발견되었다. 스웰로우는 그 이유를 찾던 끝에 압축기의 균열을 통해 들어온 산소가 촉매작용으로 에틸렌을 중합시켜 폴리에틸렌을 만든다는 사실을 발견했다. 이 고체가 에틸렌의 폴리머인 폴리에틸렌(오늘날의 저밀도 폴리에틸렌)으로 폴리에스테르와 폴리아미드(polyamide, 아미드 결합(..

youtu.be/2-Dr8JH5Jj8 페놀이 현대 문명에 큰 영향을 끼치게 된 것은 살균소독약으로 현대 병원 개념을 획기적으로 바꾸어 주었지만 보다 큰 역할을 부여받은 것은 당대에 폭발적으로 유행한 당구 때문이다. 아프리카 코끼리의 상아는 빗, 식기류, 단추, 상자, 체스, 피아노 건반 등인데 사람들이 상아를 선호하자 코끼리 사냥으로 개체수가 줄어들어 상아의 가격이 천정부지로 올라갔다. 그런데 당구 게임이 폭발적인 인기를 끌자 상아로 만들어야 하는 당구공의 공급이 문제였다. 제대로 잘 굴러가는 당구공을 만들기 위해 최고급 상아를 구해야 했는데 균일한 당구공 한 개를 만들기 위해 평균 50개의 최고급 상아를 깎아야 했다. 상아를 제때 제때에 공급할 수 없게 되자 자연스럽게 상아를 대신할 인조 물질에 대해 ..

youtu.be/Lni0dgnyVtc 다이너마이트의 개발에 대해서는 잘 알려진 사실이지만 노벨이 나이트로글리세린의 안전한 사용 방법을 연구할 당시에는 나이트로글리세린을 운반할 때 그것을 담은 통을 나무 상자 속에 빈틈없이 꽉 차게 놓아 움직이지 않게 한 후 그것도 불안하여 그 틈 사이에 톱밥을 채운 후 운반토록 했다. 그런데 노벨의 공장 옆에는 마침 커다란 규조토 광산이 있었으므로 노벨의 종업원들은 상자에 톱밥 대신에 규조토를 채웠다. 규조토란 주로 규조라는 한 개의 세포로 된 유기물질의 작은 조직이 바다에서 축적된 후 지각 변동에 의해 육지가 된 곳에서 채취되는 것이다. 그런데 금속성 용기에 구멍이 뚫려 나이트로글리세린이 새어나와 규조토와 밀가루 반죽처럼 혼합되어 있는 것을 노벨이 우연히 보았다. 그가..

youtu.be/TCWBsmbU_jo 인류에 가장 도움을 준 발견이 무엇이냐고 질문하면 학자들은 자신이 연구하는 분야에서 개발된 것을 추천할 것이다. 유전학자들은 인간의 근본을 캐고 있는 유전 분야, 의학자들은 인간의 질병을 퇴치할 수 있는 분야를 제일 먼저 꼽을 것이고 물리학자들은 양자론을 포함한 소립자 분야 등을 제일 중요한 연구 분야라고 추천할 것이다. 반면에 화학 분야에서는 유기합성처럼 중요한 것은 없다는데 거의 모든 화학자들이 고개를 끄떡일 것이다. 유기합성이란 단 하나의 발견이나 발명이 아니라 현대인들이 살아가는데 필요한 거의 모든 물질을 포함하고 있으므로 그 영향력은 상상할 수 없다. 현대인은 자연에서 나오는 천연 물질도 많이 사용하지만 그와 똑같이 인공적으로 만들거나 혹은 천연에는 전혀 없..

youtu.be/zTE44bF2-1U 우리 눈에 보이는 빛을 만들어내는 가장 쉬운 방법은 높은 온도에서 파라핀과 같은 화석연료를 태우는 것이다. 등잔불, 호롱불, 촛불 등이 그렇게 해서 빛을 낸다. 텅스텐처럼 전기저항이 큰 금속 필라멘트에 많은 양의 전류를 흘려서 뜨겁게 달궈도 빛이 나온다. 형광등처럼 빠르게 움직이는 전자를 이용해서 빛을 만들기도 하는데 TV나 컴퓨터 모니터로 사용하던 브라운관도 그런 장치다. 그런데 이들은 빛과 함께 많은 열을 발생시켜 전기를 낭비하게 만들 뿐만 아니라 화재의 원인이 되기도 한다. 백열등, 형광등의 결점이 계속 부각되는 상황에서 마침 LED가 개발되자 각국은 백열등과 형광등을 규제하는 대책을 마련했다. 2012년 유럽과 일본은 모든 종류의 백열등 생산, 수입, 판매 금..

youtu.be/_U2Xl7ZaGeY 2014년 노벨물리학상은 일본의 세 학자에게 돌아갔다. 아마노 히로시(Hiroshi Amano), 나카무라 슈지(Shuji Nakamura), 아카사키 이사무(Isamu Akasaki)로 아카사키 이사무 박사는 이들의 주임교수이므로 두 명에 비해 25년도 더 나이가 많다. 이들은 백열전구 등 기존의 발광체보다 더욱 효율적인 광원 공급을 가능케 한 업적으로 수상했는데 바로 발광 다이오드(LED)의 발명이다. 조명에 사용될 수 있는 백색광 제작을 위해서는 적색, 녹색, 청색 빛의 조합이 필요하다. 청색 LED는 적색이나 녹색 다이오드보다 만들기가 훨씬 어려운데 1980년대와 1990년대 이들은 다루기 어려운 반도체 질화갈륨을 사용하여 효율적인 청색 LED를 만드는데 성공..

youtu.be/RMaPKVlxN_I 전등에 대해서는 여러 가지 일화가 있지만 그 중 가장 유명한 것은 에디슨과 스원이 전등으로 거의 동시에 특허를 출원했다는 점이다. 그런데 에디슨의 장점은 자금이 풍부했다. 그러므로 에디슨은 특허 전쟁이 길어져 자신에게 불리할지 모른다고 생각하자 곧바로 스원과 제휴했다. 에디슨은 회사라는 합작회사를 만들어 길고 지루한 특허분쟁을 피했다. 여하튼 에디슨은 특허 문제를 해결하여 근본 문제점이 사라지자 곧바로 전등에 대한 근본적인 개선을 추진했다. 현재 에디슨이 창업했고 현재 세계적인 대회사로 발돋움한 사는 1910년에 열에 잘 견디는 금속인 텅스텐을 필라멘트로 사용할 경우 필라멘트의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있다는 것을 발견했다. 오늘날의 전등은 2,000도의 온도도..

youtu.be/EC043lJdB-U 전기가 만든 마술 가운데 가장 중요한 것은 밤을 낮으로 만든 것이다. 요즈음도 벼락 등 천재지변에 의해 갑자기 정전이라도 되면 온통 암흑천지가 되며 수많은 문제점이 생긴다. 집안에 있는 모든 가전 제품의 사용이 중단되는 것은 물론 비상 전원 시설이 없는 공장에서는 기계 가동이 중단되어 생산에 차질을 초래한다. 정전 시간이 길어지면 암흑을 틈탄 각종 범죄가 기승을 부린다. 실제로 여러 나라에서 갑자기 정전이 일어나면 수많은 상점들이 폭도들에 의해 피해를 본다는 것은 관례가 될 정도다. 당연한 이야기이지만 전기가 없었던 시대에 살았던 고대 사람들은 해가 진 후 장작불, 횃불, 기름 등잔 또는 촛불로 어둠을 극복했다. 이런 방식으로 불을 켜면 불편한 일이 많다는 것은 차치..

youtu.be/crXU_QaQTlw 인공 다이아몬드의 연구는 보석류와 같은 결정체 다이아몬드에만 국한된 것은 아니다. 제너럴일렉트릭 사의 방법은 고온과 고압이 필요하므로 저온과 저압의 상태에서 다이아몬드를 만들어내는 방법이 학자들의 연구 의욕을 불태웠다. 그 기술은 다른 어떤 물질의 표면에 다이아몬드의 얇은 층을 만들게 하는 것이다. 아주 흔한 메탄 가스는 수소 원소 넷에 탄소 원소 하나로 이루어져 있다. 메탄을 충분히 가열했을 때 메탄 분자들은 탄소와 수소의 혼합체로 분열된다. 이 증발기체가 유리 위를 통과할 때 탄소 원소들을 유리 표면에 부착시킨다면 보이지 않는 탄소 원소 층이 유리 표면에 생기게 된다는 것이다. 이와 같은 방법을 반복하면 탄소 원소 층은 아주 촘촘한 다이아몬드 배열을 취하게 된다...

youtu.be/uouRdYPhPn8 근래에는 다이아몬드를 인공적으로 만드는 방법이 매우 개선되어 대용량의 인공다이아몬드를 만드는 것도 어려운 일이 아니다. 실용적으로 인공다이아몬드를 만드는 방법은 플로리다 기업방식과 보스톤 기업방식 등 두 가지이다. ① 플로리다 기업 방식 이 방식은 지구 속에서 다이아몬드가 만들어지는 환경을 비슷하게 만들어 다이아몬드를 만드는 것이다. 1. 금속 용매와 흑연을 세라믹증식실에 집어넣는다. 다이아몬드 씨앗을 증식실 바닥에 넣고, 압축구 중앙에 증식실을 위치시킨다. 2. 압축구에 압력을 가한다. 작은 압력도 압축구 중앙에서는 대기압의 58,000배 정도로 증폭된다. 3. 전기를 사용해서 세라믹증식실 위쪽을 섭씨 1,260도까지 올린다. 이러한 열과 압력은 흑연을 원자화시킨다..

youtu.be/bV2NWJgbURU 다이아몬드의 명성이 높으면 높을수록 다이아몬드를 캐는 광산은 비밀에 쌓이기 마련이다. 다이아몬드는 이 세상에서 운반과 교환이 가장 편한 통화이며 이 보석을 훔쳐내기 위해 온갖 방법이 동원되기 때문이다. 수많은 소설과 영화가 다이아몬드를 둘러싸고 벌어지는 이유이다. 의 로버트 키너는 다이아몬드 채굴 과정을 취재할 수 있었던 극히 희귀한 언론인 중에 한 명이다. 그가 방문한 캐나다의 디아빅 다이아몬드 광산은 현재 지상 최대 다이아몬드 광산으로 불린다. 디아빅 다이아몬드 광산은 1985년에 발견되었고 13억 달러를 들여 단 3년 만에 완성되었다. 놀라운 것은 채산성이 매우 좋아 매년 10억 달러 이상의 다이아몬드를 캐고 있다. 그가 다이아몬드 광산을 방문하면서 겪은 일을 ..

youtu.be/Vp2PnEUdsxs 영화 「슈퍼맨」에서 슈퍼맨이 석탄을 한 움큼 손에 쥐고 꽉 짜면서 눈에서 나오는 광선으로 그것을 태우자 잠시 후에 호두만한 크기의 다이아몬드가 영롱한 빛을 발한다. 이것은 다이아몬드의 특성은 물론 어떻게 만들어진다는 것을 잘 보여주는 실례이다. 물론 다이아몬드가 빛을 발하려면 잘 연마해야 하지만 슈퍼맨이 그런 능력을 손안에 갖고 있다고 설정해도 무리는 아니라고 생각한다. 슈퍼맨은 그야말로 모든 면에서 슈퍼맨이 아닌가. 다이아몬드(Diamond)라는 말은 그리스어인 아다마스(Adamas)에서 유래됐다. 이는 ‘A’와 ‘Damas’의 합성어로 ‘A’는 부정을 의미하고 ‘Damas’는 정복을 의미해, 다이아몬드는 '정복할 수 없는 것'이란 뜻이다. 보석의 정수로 불리는 다..

youtu.be/lc7-QBJq23A 인간은 확대현상을 발견하면서 큰 것에서 작은 것으로, 작은 것에서 더 작은 것으로 관심의 영역을 확대했다. 이 호기심은 인간의 눈으로 볼 수 있는 영역보다 한참 아래인 10억분의 1이라는 나노 세계에까지 이르렀다. 이 나노 세계를 주도하고 있는 원자현미경은 기존의 현미경과 차원이 다르다. 단순히 물질을 보는 것으로 그치는 것이 아니라 나노 세계를 조작할 수 있기 때문이다. 나노 세계는 광학현미경을 이용하더라도 우리 눈으로는 직접 볼 수 없다. 가시광선의 파장은 400-700nm로 이 이하의 간격으로 존재하는 물체는 우리 눈으로 구분할 수가 없다. 즉 나노 단위로 내려가면 빛 자체가 점과 점 사이를 구분해주지 못하기 때문에 광학현미경을 이용해 아무리 확대를 해도 한 덩..

youtu.be/uiPqVxrCe4Y 전자현미경은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)과 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)의 2종류가 있다. 투과전자현미경은 높은 진공으로 가속된 전자빔을 물체를 투과시켜 이를 형광판에 비추거나 사진으로 찍어 관찰한다. 따라서 물체의 단면을 볼 수 있다. 예를 들어 세포 내 소기관의 단면도 같은 사진은 바로 투과전자현미경의 작품이다. 투과전자현미경은 빛을 물체에 투과시켜 물체를 관찰하는 광학현미경과 원리가 비슷하다. 그러나 광학현미경이 약 1천배까지 확대할 수 있는데 비해 투과전자현미경은 1백만 배 확대 가능하다. 투과전자현미경의 전자총에서 발사된 전자빔은 수백kV의 전압으로 가속돼 에너지를 얻어 전자..

youtu.be/LSg6hWVGjRc 레벤후크에 의해 제1세대 현미경인 광학현미경이 출현하자 세상이 바뀌기 시작했다. 당시까지 상상하지 못했던 미지의 세계가 알려지지 시작했고 이것이 오늘날 생명과학의 기초를 마련해주었다. 레벤후크가 만든 현미경의 렌즈 크기는 3밀리미터 정도의 작은 것으로 금, 은, 동판에 끼웠지만 최소 50배에서 최고 300배까지의 배율을 가진 획기적인 현미경으로 현대 학자들은 단순현미경에 사용된 고배율렌즈의 심각한 결함인 구면수차를 어떻게 극복했는지 의문을 던질 정도이다. 17세기를 지나면서 생물체 연구에 현미경 사용은 필수가 되었고 19세기 중반에 이르러서는 새로운 현미경 연구의 시대가 열렸다. 이탈리아의 광학자 아미시 교수에 의해 1827년 현미경렌즈에 나타나는 왜곡된 색상을 잡아..

youtu.be/-9wWTWUwgb8 서양의학은 일반적으로 특정 질병에 걸릴 경우 그 병을 치료할 수 있는 약이나 수술 등 치료 방법을 찾는 것이라고 볼 수 있다. 그런데 양약의 장점이라고 볼 수 있는 특정 질병에 맞는 특정 약을 사용하는 것이 좋다는 결론에 도달하기 위해서는 그 질병에 대한 지식이 쌓여있어야 한다. 전 세계에 있는 많은 학자들이 신종 질병이 태어날 때마다 신약 개발에 총력전을 벌이는 것도 그 때문이다. 사실상 예로부터 사람들은 질병에 걸리지 않고 장수하면서, 자식을 많이 낳는 것을 행복한 삶이라고 생각했다. 여기에 ‘남부럽지 않게 쓸 수 있는 재산이 있으면 더 좋다’는 것은 두 말할 필요도 없다. 그러나 가장 중요한 것을 한 가지만을 꼽으라면 아마도 거의 모두 건강을 선택할 것이다. 재..

youtu.be/RxXQJOU-N0o 풀러렌이 노벨상화학상을 받은 후 탄소나노튜브, 그래핀이 이어서 발견되었다. 그래핀과 탄소나노튜브가 워낙 많은 장점을 갖고 있으므로 이 두 분야에서 연구한 과학자가 노벨상을 수상할 것이라는 것은 상식이나 마찬가지로 알려졌다. 이런 예상은 틀리지 않아 2010년도 노벨 물리학상은 흑연으로부터 그래핀을 분리해 내는 데에 성공한 러시아 출신의 물리학자 안드레 가임(Andre K. Geim)과 콘스탄틴 노보셀로프(Konstantin S. Novoselov)에게 돌아갔다. 이들이 그래핀으로 노벨상을 수상한 것은 세상에서 가장 얇은 물질을 발견했기 때문이다. 그래핀의 두께는 0.35nm(나노미터)로, 고작 원자 한 층 밖에 안 되는 두께다. 10억분의 1m 두께인 1nm에 그래핀..