KBS특별기획 과학다큐멘터리 '물질과 화학' 탐구...원소주기율표부터 아스피린·반도체·리튬이온배터리·석유까지

유지훈

webmaster@megaeconomy.co.kr | 2019-12-08 20:10:13

[메가경제 유지훈 기자] ‘케미포비아'(chemiphobia)는 화학 제품에 대해 두려움이나 거부감을 느끼는 증세를 말하고, ’노케미(No-chemi)족‘은 화학물질이 들어간 제품을 거부하는 사람들을 일컫는다.


이런 용어들이 폭넓은 관심을 보일 만큼 화학물질에 대한 공포심이 커지고 있다. 환경호르몬과 미세플라스틱과 같은 화학물질의 부작용에 대한 경각심이 높아지고 있어서다.


하지만 근·현대 문명은 화학물질과 떼레야 뗄 수 없다. 원자와 원소를 알고 화학을 발전시키면서 현대문명은 꽃을 피울 수 있었다. 현대문명은 화학문명이라고 해도 과언이 아니다.


KBS 1TV가 8일 오후 8시10분에 방송할 KBS특별기획은 과학특집 다큐멘터리로 '화학'을 다룬다. 물질과 화학에 대한 근본적인 질문부터 현대 산업의 근간이 되고 있는 화학의 산업적 가치까지 두루 탐구한다.



반도체 와이퍼. [사진= KBS 제공]


이번 다큐멘터리의 제목에서부터 ‘물질은 인간에게 무엇인가’라고 묻는다. 그리고 이날 1부의 타이틀은 ‘1억 4천만 물질의 세계’다. 일요일 오후 시간대에 KBS 1TV에서 과학특집다큐멘터리를 통해 학구적으로만 보이는 화학과 물질의 세계를 만난다는 사실 자체가 흥미롭다.


화학은 물질을 이해하고 새로운 물질을 만들고 물질의 가치를 높이는 과학이다. 지난 7월, 화학의 국제적 표준화와 규제 사항에 대한 협의를 비롯해 순수화학 및 응용화학의 발전을 위해 설립된 IUPAC(국제 순수 및 응용화학 연맹)이 100주년을 맞이했다.


인간은 언제부터 물질에 관심을 가지고 물질세계를 이해하게 됐을까.


고대의 사람들은 금을 만들며 가치를 창출해냈다. 당시 연금술사들은 돈이 되는 금을 만들기 위해 여러 물질을 통해 노력했지만 답을 얻지 못했다. 하지만 이 과정을 통해 여러 가치 있는 물질들이 발견됐다.


제작진은 이처럼 인류 문명의 발전을 가져다준 물질 세계를 탐구하고자 한다고 제작 의도를 밝혔다.


화학의 나침반으로 불리는 원소주기율표는 물질에 대한 이해와 화학의 발전에 결정적인 역할을 했다. 올해는 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프에서 비롯된 주기율표 탄생 150주년의 해였다. 주기율표가 없었다면 오늘날 그 어떤 화학법칙들도 만들어지지 않았을 것이라고 말하는 화학자도 있다고 한다.



드미트리 멘델레예프. [사진= KBS 제공]


이날 탐구에서는 물질 상호 간의 반응과 성질들을 예측할 수 있게 만든 도구인 ‘원소주기율표’의 업적부터, 세계에서는 단 2대 뿐이라는 기초과학연구원의 수차보정투과전자현미경으로 들여다본 원자의 세계까지 물질과 화학이 만들어내는 마술같은 세상을 살펴본다.


수소(H)는 주기율표 1번 원소다. 수소는 우주에서 가장 많은 원소이자 최초의 물질이다. 가장 작고 가장 간단한 구조를 가진 수소는 어떻게 인류의 미래를 위한 중요한 에너지원이 되었을까?


이날 다큐멘터리에서는 수소버스 등 친환경적인 대중교통수단까지도 가능하게 만들고 있는 미래의 에너지원 ‘수소’가 만드는 세계를 살펴본다.



고순도 수소. [사진= KBS 제공]


다음은 현대 의학의 큰 바탕을 형성한 화학의 세계를 알아본다.

버드나무 껍질에서 추출한 살리실산이라는 물질, 천연에서만 구할 수 있었던 물질을 인공적으로 합성했고 부작용마저 줄였다. 바로 아스피린이다.

아스피린은 지금도 전 세계에서 하루 1억 알 씩 소비된다고 한다. 인간이 만든 최초의 합성의약품으로, 질병과 고통과 싸워온 화학의 위대한 이정표가 된 사건이었다.


이날 방송에서는 아스피린처럼 수천 만 명의 생명을 구한 약과 화학의 역사도 들여다본다.


포토 리소그래피 공정에 사용되는 빛에 반응하는 성질을 가진 고분자 물질인 '포토레지스트'. [사진= KBS 특별기획 방송 캡처]


반도체는 전자산업의 쌀로 불린다. 반도체를 만들기 위해 사용되는 물질들은 원소로만 따지면 주기율표 속 118원소 중 3분의 1에 해당되는 40여종에 이른다고 한다.


반도체의 기반은 규소(실리콘)로 된 웨이퍼다. 이날 방송에서는 규소·불소산·PR물질 등 현대 첨단 IT기술을 꽃피우는 밑거름이 된 반도체를 탄생시키는 공정의 핵심물질들도 심층취재로 알아본다.


올해 노벨화학상이 선택한 원소는 ‘기호 3번’ 리튬이었다. 스웨덴 왕립과학원 노벨 위원회는 리튬이온전지 개발에 기여한 존 B. 굿이너프 미국 텍사스 대학 교수(97)와 M. 스탠리 휘팅엄 미국 빙햄튼 뉴욕 주립대학 교수(77), 요시노 아키라 메이조대학 교수(71)를 공동으로 선정했다.



기초과학연구원의 수차보정투과전자현미경. [사진= KBS 제공]


작고 가벼운 원소였던 리튬(Li)이 만들어낸 배터리와 그 배터리가 가져다준 일상의 혁명적인 변화가 수상의 이유였다.


이날 방송에서는 배터리의 안전성과 활용성을 높이기 위한 한국화학연구원의 연구팀과, 배터리를 구성하는 물질들을 재활용하는 기술로 환경과 지속가능한 경제를 생각하는 국내의 한 강소기업을 만나본다.



한국화학연구원 에너지소재연구센터는 리튬이온전지에 사용되는 고체 전해질을 개발했다. 이에 따라 배터리를 구부릴 수도 있게 됐다. [사진= KBS 제공]


생명체와 수많은 물질의 뼈대가 되는 탄소는 독특한 원자구조를 가진 원소계의 슈퍼스타라고 할 수 있다. 사람도 70%가 물이고 20%는 탄소다.


석유는 슈퍼원소 탄소와 수소가 사슬처럼 결합해 이루어진 인류문명의 최고 물질이다.


원유의 분류증류에 따라 LPG-휘발유-납사(나프타)-등유-경유-중유로 나뉜다.



원유의 분별증류에 따른 석유제품. [사진= KBS 특별기획 방송 캡처]


이날 과학다큐멘터리에서는 많은 석유화학제품의 원료인 나프타를 집중 취재했다고 전했다.



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