나는 화학으로 세상을 읽는다 / 크리스 우드포드

 

 

 

 

 

 

1. 세상 모든 것의 재료 - #원자 #금속

 

ㆍ'피부 아래는 다 똑같다.' - 로자 파크스

 

ㆍ뭐가 됐든 모든 것 안에는 원자가 있다. 그리고 원자에 대한 이해 없이는 물질에 대한 이해도 없다. 

 

ㆍ겉모습은 그 이면의 속사정에 연동한다. 물질의 거동은 물질 내부에서 원자들과 분자들이 요동하고 뭉치는 방식에 달려 있다. 

 

ㆍ세상 모든 만물은 그저 한 무더기의 원자에 지나지 않는다. 

 

ㆍ줄자로 평균적 원자의 너비를 재면, 약 0.25nm (나노미터, 1nm는 1m의 10억분의 1이다.)

 

ㆍ플라스틱은 대개 폴리머라고 부르는 고분자로 이루어지며 각각의 폴리머는 대개 탄소, 수소, 산소, 질소를 기반으로 한다. 폴리머는 모노머라고 부르는 단순한 분자를 긴 사슬처럼 끝없이 중첩시켜 만든 것이다.

 

ㆍ플라스틱의 수명은 억세게 길지만 부드럽고 유연하다. 폴리머 사슬이 꽤 약한 결합으로 묶여 있기 때문이다. 

 

 

 

 

 

2. 스파이더맨의 정체 - #접착 #마찰

 

ㆍ접착성은 두 종류다.

1) 자기들끼리 달라붙느냐 (응집력)

2) 다른 것들에 달라붙느냐 (접착력)

 

ㆍ접착력과 응집력이 나란히 작용하는 가장 친숙하고 가장 주목할 만한 예가 바로 물이다. 진정한 응집력의 대명사인 물분자들은 심지어 근처에 움켜잡을 수 있는 다른 것들이 있을 때도 자기들끼리 뭉친다. 이것이 비가 방울방울 후두룩 떨어지는 이유다. 일반적으로 물은 접착력보다는 응집력이 훨씬 강하다. 이것이 빗방울이 퍼지거나 흩어지지 않고 잎사귀 위에 진주처럼 영롱하게 맺힐 수 있는 이유다.

 

ㆍ물은 끼리끼리 뭉치는 데는 명수지만 다른 것에 달라붙는 데는 영 젬병이다. 그래서 물을 제대로 퍼지게 하고 물건을 완전히 적시기 위해서는 계면활성제를 사용해야 한다.

 

ㆍ끈적거림은 결국 접착성이다. 

 

ㆍ접착의 방법

1) 물리적 방법

2) 화학적 방법

3) 정전기

4) 분산

 

 

ㆍ마찰은 결국 깨지게 돼 있다. 항상 어딘가에서 더 큰 힘을 만나기 때문이다. 하긴 이건 모든 종류의 접착제에 해당되는 얘기다.

 

ㆍ접착(영구 접착)과 마찰(일시 접착)이 힘에 의한 것이라면, 미끄러움은 자연히 그 힘의 부재를 의미한다. 거친 물체를 다른 거친 물체에 미끄러지게 하려면 우리가 할 일은 두 접촉면 사이의 마찰력을 최소화하는 것이다.

 

 

 

 

 

 

3. 유리가 맑고 투명한 이유 - #유리 #결정구조

 

ㆍ5000년 전 고대 메소포타미아에서 유리를 만들어 썼다.

 

ㆍ모래 레시피: 양동이와 삽을 들고 해변으로 내려가 모래를 좀 뜬다. 불을 활활 지핀다. 모래를 넣고 죽이 될 때까지 끓인다. 재빨리 식힌다. 이 모래죽이 식어서 굳어진 게 유리다.

 

ㆍ비결정성 고체: 고체가 되려는 거친 시도는 있었으나 고체처럼 원자들이 규칙적으로 배열된 결정구조에 이르지 못한 고체

 

ㆍ모든 것은 속사정에 달려 있다. 

 

ㆍ방탄유리는 여러 겹의 유리와 플라스틱을 특수 접착제로 붙여 총탄에 깨지지 않게 만든 일종의 합판이다. 하지만 방탄 효과가 완벽하지 않아 세 번 정도는 총알을 막아내겠지만 여러 번 총격을 당하면 결국 뚫린다. 방탄유리의 궁극적 목적은 최초 피격 후 도피할 시간을 벌어주는 데 있다. 

 

 

 

 

4. 모든 물질은 늙는다 - #탄성 #부식

 

ㆍ정도의 차이가 있을 뿐이지 거의 모든 것에는 신축성이 있다. 세계에서 가장 높은 빌딩도 바람에 최대 1m 폭으로 흔들린다. 

 

ㆍ탄성 있는 물질, '엘라스틱'의 제대로 된 명칭은 엘라스토머(elastomer, 탄성중합체)다. 그중에서도 천연 엘라스토머인 고무가 대표적이다. 엘라스토머는 커다란 분자들이 엉켜 있는 고분자 물질로, 잡아당기면 고분자들이 쭉 퍼지며 길어지고, 손을 놓은 순간 튕겨오르며 다시 뒤엉킨다. 

 

ㆍ'엘라스틱'은 물질의 성질이지 물질이 아니다. 

 

ㆍ탄성이란 원상회복이 가능한 신축성을 말한다. 

 

ㆍ탄성재료는 한계를 넘어서면 갑자기 끊어진다. 하지만 서서히 망가질 때도 있다. 고무줄만 해도 시간이 흐르면서 점점 탄성을 잃고 처진다. 왜그럴까? 우리가 고무줄을 당겼다가 놓을 때마다 에너지를 받아 늘어났던 분자들이 모두 정확히 원래 위치로 돌아가거나 정확히 같은 에너지를 다시 내놓지는 않는다. 고무줄을 몇 번 빠르게 당겼다가 입술을 대보면 고무줄이 좀 뜨뜻해진 것을 느낄 수 있다. 고무줄에 투입한 에너지의 일부가 열로 낭비된 것이다. 이렇게 날아간 에너지는 되찾을 수 없다. 

 

ㆍ목재가 삐걱대는 소리는 대개 건강의 신호다. 신축성을 발휘하며 우리가 가하는 압박과 변형을 행복하게 흡수하고 있다는 뜻이다. 살아 있는 나무들도 바람에 부대끼고 휘어지면서 신음 소리를 낸다. 그게 나무가 무너져간다는 뜻은 아니다. 신축성이 높을수록 나무섬유 사이의 움직임도, 우리가 듣는 소음도 증가한다. 

 

ㆍ빛을 쬐면 색이 바래는 주된 이유는 햇빛에 있는 자외선 때문이다. 자외선이 염료 분자들을 때리면 강퇴화가 일어난다. 즉 분자들이 다른 형태로 재배열되는 바람에 전과 같은 방식으로 빛을 반사하지 않게 된다. 

 

ㆍ플라스틱이 누렇게 되는 것은 내부의 분자들에 변형이 와서 빛의 일부만 보내고 나머지는 흡수하기 때문이다. 보내주는 빛이 빨강과 녹색 계열이라서 오래된 플라스틱은 우리가 아는 누런색을 띠게 된다. 변색과 함께 플라스틱 구조도 취약해져서 갈라지고 부서질 가능성이 대폭 높아진다. 사실 광퇴화는 플라스틱을 환경에서 분해하는 유용한 방법이다. 광퇴화 같은 자연 효과의 도움이 없으면 플라스틱은 영원히 우리 주위에 뭉개고 있어야 한다. 

 

 

 

 

 

5. 배수구와 만년필의 공통점 - #물 #열

 

ㆍ아기들은 그냥 커다란 물주머니라 해도 과언이 아니다. 아기의 몸은 80%, 성인의 경우 대략 60%가 물이다. 지구도 다르지 않다. 지구라는 이름이 무색하게도 우리 생성은 75%가 물로 덮여 있다. 

 

ㆍ병에서 물을 비우는 것은 사실 병을 공기로 채우는 것을 의미한다. 

 

ㆍ만년필은 사실 마개가 없는 작은 물병이다. 

 

 

 

 

6. 빨래의 과학 - #오염 #용해

 

ㆍ오염이 무엇이든 우리 주변은 오염 천지다. 단 1g의 토양에 무려 100억 개의 박테리아가 있다. 

 

ㆍ세제가 가장 먼저 하는 일은 물의 표면장력을 줄여 옷에 빠르게 침투하고 섬유에 쉽게 들러붙게 하는 것이다. 

 

ㆍ세척은 대개 화학이다. 비누와 세제가 때를 둘러싸고 물이 그것을 씻어내는 과정이다. 

 

ㆍ물이 기화하는 데 항상 온도 변화가 개입하지는 않는다. 

 

ㆍ건조에 영향을 미치는 요인은 바로 습기이다. 습도가 낮으면 아무리 추운 날이라도 빨래가 밖에서 잘 마른다.

 

 

 

 

7. 스웨터는 왜 따뜻할까? - #발열 #통기성

 

ㆍ울은 왜 따뜻할까? 물분자의 수소 끝들이 울의 피질에 끼어들어 수소결합을 하면서 물 분자들이 자연스럽게 울 섬유 내부에 달라붙게 된다. 이렇게 분자들이 서로 결합해 전보다 안정되면서 에너지를 발산한다. 이것이 우리 몸을 따뜻하게 해주는 울 특유의 훈훈함의 정체다. 

 

ㆍ땀을 흘리는 것 자체가 몸의 냉각 메커니즘이다. 땀이 나서 피부가 젖으면 수분이 증발하면서 좋든 싫든 몸이 식는다.  그런데 울이 땀을 흡수한 덕분에 땀이 피부 표면에 거의 또는 전혀 남지 않고, 따라서 증발이 일어나지도 몸이 극적으로 식지도 않는다. 

 

 

 

8. 휘발유부터 전기차까지 - #에너지 #배터리

 

ㆍ우라늄(핵연료)를 제외하면 휘발유는 세상에서 에너지가 가장 풍부한 물질이다. 휘발유는 에너지로 꽉 들어찬, 그야말로 에너지 덩어리다. 

 

 

 

 

9. 디지털이 세상을 바꾸다 - #디지털 #비트

 

ㆍ우리는 아날로그 동물이다. 우리는 소리를 듣고, 그림을 보고 감정을 느낀다. 이 중 무엇도 말로 바꾸기 쉽지 않고, 숫자로 표현하기란 더더구나 어렵다. 

 

ㆍ우리 뇌는 고집스레 의미를 찾고, 의미를 찾지 못할 때는 거기에 의미를 부여한다. 

 

ㆍ컴퓨터에게는 아무런 의미가 없다. 

 

ㆍ숫자로 그리는 그림이 예술의 의미 있는 반영이 될 수 없듯, 숫자로 적히는 삶도 실생활의 진정한 반영은 아닐지 모른다.