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쉽게 이해하는 화학용어 4 #폴리머와 #모노머
[생활 속 원소 이야기 5] 탄소와 수소의 조합으로 이뤄진 플라스틱
폐플라스틱에서 새로운 자원으로, 재생 플라스틱의 미래!
플라스틱 생산부터 재활용까지! 차세대 촉매 기술의 모든 것!
과학의 달! 세상을 바꾼 발명품 이야기!
4월이 무슨 달인 지 알고 계신가요? 4월은 과학의 달인데요, 4월 21일은 과학의 날이라고 해서 매년 정부가 주관하는 기념일입니다. 그렇다면 과학의 날은 왜 생겼을까요? 과학의 날은 발명학회가 찰스 다윈의 기일을 택하여 과학데이를 만들면서 시작되었다고 하는데요. 우리나라에서는 과학기술부가 주관해서 국민들에게 과학기술의 중요성을 일깨워주기 위한 목적으로 과학의 날이 생겨났다고 합니다. 1968년 4월 21일을 제1회의 과학의 날을 시작으로 하여 지금까지 이어지고 있는데요. 이날에는 과학기술발전에 이바지한 과학기술계 유공자들의 수상을 비롯하여 다양한 행사가 진행된다고 합니다.
과학의 달이라는 말은 한 번쯤은 들어본 것 같은데요, 막상 과학의 달에 대해서 생각해본 적은 없는 것 같습니다. 과학이 주는 혜택을 많이 누리고 있지만, 과학의 달에 대해서는 잘 아는 것이 없는 것 같습니다. 사실 우리는 과학 속에서 살아가고 있다고 해도 과언이 아닐 텐데요. 우리는 태어나면서부터 과학기술의 발전과 함께 등장하는 다양한 발명품을 통해 편리함과 편안함 그리고 다양한 혜택들을 누리며 살고 있습니다. 그런데 언젠가부터 이런 것들에 익숙해지면서 새로운 기술을 제외하고, 기존의 과학들은 당연한 것처럼 인식되어 중요성을 잊고 살아가는 것 같습니다. 그래서 오늘은 과학의 달을 맞이하여 우리와 함께 세상을 만들어온 과학, 그중에서도 화학에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.
비닐봉투! 이름만 들어도 너무나 친숙한 단어입니다. 일상생활을 하면서 생기는 다양한 쓰레기를 담는 것부터 시작해서, 제품을 보호하기 위해 덮어 놓거나, 여러 가지 물건을 나르기 위해서 사용되는 등 일생생활에서 다양하게 사용되는 것이 비닐봉투입니다. 그래서인지 왠지 모르게 비닐봉투는 인류가 탄생했을 때부터 우리와 함께해온 것 같은 생각이 드는데요, 사실 절대 그렇지 않습니다. 비닐봉투는 바로 플라스틱으로 만들어지는데요, 많은 학자들은 플라스틱이 발견되지 않았다면 지구상의 산림과 철의 매장량이 반으로 줄었을 것이라고 추정할 정도로 플라스틱의 발견은 대단한 것입니다. 플라스틱의 발견이 얼마나 대단한 것인지는 이 분야에서 무려 40명 이상의 노벨상 수상자가 나왔다는 것만으로도 알 수 있습니다.
▲ 플라스틱을 개발한 베이클랜드(출처: http://orbitdigital.net/)
오늘날 우리가 부르는 플라스틱은 합성수지를 뜻하는데, 이런 플라스틱이 개발된 것은 베이클랜드(Leo Hendrik Baekeland)에 의해서였습니다. 그는 1905년에 노벨 화학상을 수상한 폰 바이어(Adolf von Baeyer)가 쓴 논문을 바탕으로 포름알데히드와 페놀을 이용한 실험을 통해 수지를 발견하였습니다. 수지가 열을 가하면 부드럽게 성형이 가능하고 식히면 딱딱하게 굳어버리는 성질을 발견하였고, 이것이 최초의 열경화성 플라스틱인 것입니다. 현재에도 전기 절연체, 콘센트, 머리빗, 주전자 손잡이 등 다양한 곳에서 활용되고 있습니다.
플라스틱은 견고하면서 가볍고 다양한 색상을 표현할 수 있으며, 썩지 않고 변형이 쉽게 일어나지 않아 장기간 보관이 가능하다는 장점을 가지고 있습니다. 그러나 이러한 모든 장점을 뛰어넘는 가장 핵심적인 특징은 가공이 쉽다는 것입니다. 플라스틱에 열만 가하면 우리가 원하는 모양을 쉽게 얻어낼 수 있다는 것인데요, 이러한 장점을 이용해서 간단한 설비를 이용해서 똑같은 제품을 단시간 내에 대량으로 생산하게 되었습니다. 대량 생산은 결과적으로 제품의 가격을 낮추게 되었고, 가격이 떨어지면서 많은 사람들이 해택을 받을 수 있게 되었습니다.
거리를 걸으면 형형색색의 옷과 액세서리로 치장한 많은 사람들이 서로의 개성을 표출하며 거리를 걷고 있습니다. 차가운 금속소재의 건물 외관에 페인트를 칠해 따뜻한 느낌을 내기도 합니다. 이런 것들은 너무나도 당연한 일들이며, 우리 주변에서 쉽게 관찰할 수 있습니다. 그러나 염료를 이용한 제품을 사용하는 것은 과거에는 아무나 할 수 있는 일이 아닌 왕이나 귀족만이 사용할 수 있는 특권이었습니다. 왜 아무나 사용할 수 없었을까요? 과거에는 합성염료가 없었기 때문에 천연염료를 통해 염색을 했는데, 자연으로부터 얻어지는 천연염료를 대량으로 생산을 하는 것이 불가능하여 희소성이 있었기 때문입니다.
▲ 인공염료를 개발한 윌리엄 퍼킨(출처: http://www.npg.org.uk/)
그럼 인공염료는 언제 처음 개발되었을까요? 윌리엄 퍼킨(Sir William Henry Perkin)은 키니네를 합성하는 실험을 진행하는 도중 우연히 모베인이라는 염료를 발견하게 되었는데요, 실험에서 우연히 발견한 물질이 천을 물들일 수 있다는 사실을 발견하고 이 물질이 인류 최초의 인공염료가 되었습니다. 퍼킨의 인공염료 개발로 인해 기존에 왕족이나 상류층만 입을 수 있는 보라색의 아름다운 옷을 많은 사람들이 접할 수 있게 되었습니다. 퍼킨의 성공으로 많은 화학자들이 합성염료의 실험을 시작하였고, 1905년에 독인 화학자인 바이어(Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer)은 이 분야에서 노벨 화학상을 받기도 하였습니다.
▲ 나일론 양말(출처: https://www.idealuniform.com/)
합성섬유 중에 가장 강한 강도를 가지고 있는 섬유 나일론! 그렇다 보니 쓰임새 역시 다양합니다. 등산 재킷, 방풍용 재킷, 우의, 모자 등 다양하게 사용되는데요. 어른들에게는 나일론은 양말로 많이 기억되실 것입니다. 과거 나일론 양말은 신축성과 강도가 좋아 편하고 오래 신을 수 있는 양말로 큰 인기를 얻었습니다. 나일론은 두 가지 이상의 섬유를 혼용해서 천 가지의 성질을 낸다고 하는데요, 얇고 가볍고, 질기고, 내구성이 뛰어나 다양한 곳에 활용되고 있습니다.
그렇다면 나일론은 어떻게 우리 곁에 오게 되었을까요? 대단한 발견은 우연에서 오는 경우가 많은데요, 나일론 역시 한 연구원의 장난에서부터 시작되었습니다. 1932년 폴리에스테르 실험을 하던 연구원이 재료들이 얼마나 길게 늘어나는지 알아보기 위해 장난으로 작은 덩어리들을 막대기 끝에 꼽고 넓은 방 안을 돌아다녔는데, 여기서 실처럼 길게 뽑아져 나왔다고 합니다. 캐러더스는 이런 장난을 보고 그냥 넘어가지 않고 실험을 했는데요, 폴리에스테르를 잡아 늘이면 분자들이 한 방향으로 늘어나면서 강도가 증가한다는 것을 발견하게 됩니다. 이것을 이용해서 폴리아미드에서 실크처럼 부드러운 긴 실을 뽑아냈습니다. 이것이 바로 나일론의 시초가 되었습니다.
▲ 많은 여성들에게 인기를 얻은 나일론 스타킹(출처: http://www.oldpicz.com/)
처음 나일론 스타킹으로 인기를 얻었습니다. 1940년 뉴욕에서 처음 나일론 스타킹이 발매되었을 때, 불과 몇 시간 만에 4백만 켤레의 스타킹이 팔려나갔다고 합니다. 가격이 실크 제품보다 2배나 비쌌지만 미국 여성이라면 누구나 한 켤레 이상 가지고 있을 정도로 큰 인기를 끌었다고 합니다. 그런 나일론은 2차 세계대전 당시 낙하산 재료로 사용되었으며, 전쟁 이후 나일론의 인기는 급상승하여 양말, 속옷, 시트, 낚싯줄, 수술용 실 등 다양한 분야에서 사용되었는데요, 심지어 질기고 단단하고 탄성이 좋으면서도 잘 마르고 세균의 번식을 막아준다고 해서 칫솔에까지 사용되었다고 합니다.
과학이라는 것은 인간이 우리의 삶을 보다 편리하고 윤택하게 하기 위해서 끊임없이 연구하는 분야인 것 같습니다. 다시 말해, 주어진 자원을 그냥 사용하는 것이 아니라, 자원을 활용하여 인류가 좀 더 나은 삶의 가치를 이어갈 수 있도록 노력하는 것이 과학입니다. 특정인들을 위한 기술의 발전이 아닌, 많은 사람들이 보다 나은 혜택을 누릴 수 있도록 많은 학자들이 노력을 아끼지 않고 있습니다. 과거에도 그랬듯이, 그리고 현재에도 더 나아가 미래까지 과학은 우리의 삶 속에서 우리와 함께 세상을 만들어 갈 것입니다. 그렇기 때문에 우리는 과학의 중요성을 기억해야 하는 것입니다. 4월 과학의 달을 맞이하여 오랫동안 함께라서 익숙함에 잊고 있었던 우리 주변 과학의 발명품들을 둘러보는 건 어떨까요?
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