평범한 주변을 가득 채운, 쓸모 있는 화학 이야기

이 책에는 화학에 관한 일상적이고 흥미로운 지식이 가득하다. 편리함의 대명사이자 환경오염의 주범으로 떠오르는 플라스틱, 플라스틱은 왜 썩지 않을까? 플라스틱은 폴리머라고 부르는 고분자로 이뤄졌는데 극소수의 박테리아를 제외하면, 지구의 어느 생명체도 플라스틱을 먹거나 소화하는 방법을 익히지 못했기 때문이다. 플라스틱은 인류가 만든 화학 발명품으로 불과 한 세기 전에는 존재하지도 않았다.
접착에 관한 흥미로운 화학 지식도 있다. 풀을 발라 벽에 붙인 종이가 자꾸 떨어지는 경우가 있다. 이때 종이와 풀이 서로 잘 붙지 않는다고만 생각하기 쉬운데 자세히 보면 이 상황에서 필요한 접착은 세 가지다. 먼저 풀과 종이 사이의 접착성, 다음은 풀과 벽에 사이의 접착성 그리고 간과하기 쉬운 것이 풀 자체의 접착성이다. 풀 일부는 여전히 종이에 붙어 있고 나머지는 벽에 남아 있다면 이는 벽지의 문제가 아니라 풀 자체가 스스로 뭉쳐있는 힘이 부족한 것이다.
얼음에 관한 미스터리도 있다. 우리는 흔히 얼음 표면에 물기가 있어 얼음이 미끄럽다고 여겨왔다. 이는 리처드 파인먼 같은 유명 과학자도 마찬가지였다. 하지만 지금 과학의 생각은 다르다. 현재 나름대로 가장 설득력 있는 이론은 얼음에는 액체와 유사한 코팅이 내장돼 있으며, 이 코팅은 온도가 올라갈수록 크기가 커진다는 것이다. 아직 결론은 이렇다. 얼음은 미끄럽다. 왜냐하면 얼음은 미끄러우니까.
삐걱대는 목재를 둘러싼 통념도 뒤집는다. 버려진 집에 발을 내딛다 삐걱대는 마룻바닥 소리에 흠칫 놀라는 주인공을 너무 많이 봐왔기에 우리는 흔히 삐걱대는 소리가 목재가 노쇠했음을 의미하는 것처럼 여긴다. 하지만 이 책에 따르면 목재가 삐걱대는 소리는 건강의 신호다. 목재가 힘을 받으면 그 안의 섬유들이 서로 미끄러지고 비벼지면서 소리가 나는데, 이는 목재가 아직 신축성을 발휘하며 압박과 변형을 부드럽게 흡수하고 있다는 뜻이다. 생명력을 잃고 뻣뻣해진 나무는 힘을 가해도 변형이 일어나지 않아 움직임이나 삐걱거림도 없다.
왜 우리는 항상 물로 씻을까? 물 없이 더러운 것을 씻는 행위는 상상하기 힘들다. 물은 어떻게 더러운 입자를 벗겨내는 걸까? 물 분자가 비대칭이기 때문이다. 물 분자는 수소 원자 두 개가 산소 원자 하나에 붙어서 삼각형을 이루는데 수소 끝은 약한 양전하를 띠고, 산소 끝은 약한 음전하를 띤다. 물 분자는 이렇게 자석처럼 두 개의 상반된 ‘극’을 가진 까닭에 극성 분자라고도 불린다. 그래서 물 분자가 자석처럼 때에 달라붙어 함께 떨어져 나갈 수 있는 것이다. 물은 그 자체로 뛰어난 청소부다.
스웨터는 왜 따뜻할까? 여기에도 화학적 이유가 있다. 단순히 두꺼운 실들이 공기를 머금어 따뜻한 것만은 아니다. 울은 물을 만나면 발열하는 성질이 있다. 물 분자 안의 수소가 울의 피질에 달라붙는데 이렇게 결합하면 안정화되면서 열을 발산한다. 즉 몸에서 나온 땀과 같은 수분이 스웨터와 만나면 훈훈해지는 것이다.
마지막으로 구두의 과학. 우리가 구두에 크림을 바르고 관리하는 건 단지 새것처럼 반짝이도록 하려는 것만은 아니다. 모든 물건이 그렇듯 구두 가죽도 수만 번 구부러지면 결합이 느슨해지고 이 결합이 마침내 끊어지면 망가진다. 하지만 구두에 크림을 바르면 크림의 기름이 가죽의 신축성과 유연성을 유지하기 때문에 구두의 생명력이 늘어난다. 구두를 오래 신을 수 있는 비결은 반짝이는 구두다.

강력한 현미경으로 들여다보면 그게 무엇이든, 강아지부터 휴지통까지 세상 만물이 그저 한 무더기의 원자에 지나지 않는다. 우리의 예상처럼, 풍선을 둥실둥실 뜨게 해주는 헬륨가스 같은 가벼운 것들은 가볍고 단순한 원자로 이루어진 반면 핵연료로 쓰는 우라늄처럼 무거운 것들은 복잡하고 크고 묵직한 원자들로 꽉꽉 차 있다. 어떠한 예외도 없이 지구상 모든 것은 미세해서 눈에 보이지 않는 100여 종의 성분으로 만들어진다.
1장 <세상 모든 것의 재료> 중에서

그럼 정확히 얼마나 강력할까? 1mm2의 슈퍼글루가 설탕 봉지 두 개의 무게를 지탱할 수 있다. 놀라운 힘이다. 하지만 세상에서 가장 끈끈한 물질로 알려진 카울로박터 크레센투스라는 민물 박테리아에 비하면 새 발의 피다. 이 박테리아는 슈퍼글루의 약 세 배, 다시 말해 1mm2 당 70N(뉴턴)의 가공할 힘을 발휘한다.
2장 <스파이더맨의 정체> 중에서

유리는 어떻게 다를까? 다시 말하지만 모든 것은 내부의 문제다. 유리의 전자들은 괴상한 비정형구조의 원자들을 흐트러지지 않게 붙들고 있느라 바빠서 가시광선의 광자들을 금속처럼 착착 포착하지 못한다. 그래서 광자들 대부분 유리의 한편으로 들어와 반대편으로 빠져나가고, 유리 원자들은 그걸 알아채지 못한다.
3장 <유리가 맑고 투명한 이유> 중에서


같은 이치가 심지어 얼굴 피부에도 적용된다. 전 세계 안티에이징 크림 시장은 단순하고 불가피한 과학적 사실에 기반한다. 바로 인간의 피부를 포함한 모든 탄성 물질은 결국 신축성을 잃는다는 사실. 사람의 피부는 대략 40세까지 타고난 탄성의 약 3분의 1을 잃는다. 평생 웃고 울며 주름이 잡혔다 펴졌다 한 결과지만 일광 노출에 따른 피부 손상도 무시할 수 없다. 늘 노출돼 있는 뺨의 경우 어깻죽지처럼 대개 덮여 있는 부위보다 피부가 약 두 배 빨리 탄성을 잃는다.
4장 <모든 물질은 늙는다> 중에서

세제가 가장 먼저 하는 일은 물의 표면장력을 줄여 물이 옷에 빠르게 침투하고 섬유에 쉽게 들러붙게 하는 것이다. 한편 물은 세제를 대폭 희석시켜 세탁물의 구석구석, 섬유 하나하나가 세제로 충분히 덮일 수 있게 한다. 물 분자가 때 성분에 달라붙어 옷에서 때를 벗겨낼 때, 세제는 그 과정을 촉진한다.
6장 <빨래의 과학> 중에서

고어텍스는 미세 기공이 무수히 뚫린 얇은 막으로 이루어져 있으며, 이 구멍은 물 분자보다 700배 커서 습기는 쉽게 빠져나가는 반면 빗방울보다 2만 배 작아서 비는 안으로 스며들지 못한다. 이렇게 해서 하나의 소재가 방수성과 통기성이라는 상반된 성질을 동시에 갖게 됐다.
7장 <스웨터는 왜 따뜻할까?> 중에서

들어가는 글

1. 세상 모든 것의 재료 - #원자 #금속
2. 스파이더맨의 정체 - #접착 #마찰
3. 유리가 맑고 투명한 이유 - #유리 #결정구조
4. 모든 물질은 늙는다 - #탄성 #부식
5. 배수구와 만년필의 공통점 - #물 #열
6. 빨래의 과학 - #오염 #용해
7. 스웨터는 왜 따뜻할까? - #발열 #통기성
8. 휘발유부터 전기차까지 - #에너지 #배터리
9. 디지털이 세상을 바꾸다 - #디지털 #비트

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