화학의 역사

윌리엄 H. 브록 지음 | 김병민 옮김

교유서가 2023년 03월 29일 출간 종이책 : 2023년 03월 23일 출간

작품소개

책소개

화학이라는 학문의 역사에 대해 이야기하는 것은 곧 이 우주의 역사와 인류의 역사에 대해 동시에 이야기하는 것과도 같다. 화학의 역사는 인류가 이 세계를 이루고 있는 물질들의 변화를 포착하고 분석한 역사이자, 물질 변화의 발견과 연구, 활용이 어떻게 진행되었는지 아는 것은 인류가 세상을 바라보고 인식하는 방식의 변화를 아는 것과 같기 때문이다.
저자는 오랜 시간 쌓아온 과학의 역사에 대한 관록과 연륜을 짧은 소개에 성공적으로 담아냈다. 중요한 인물들의 간략한 소개와 함께, 저자는 화학사의 굵직한 논쟁과 획기적인 발견 및 발견을 들려준다. 마치 한 편의 강의와도 같은 이 책은 ‘Alles ist Chemie’, 즉 모든 것이 화학이라는 문장으로 화학사의 간략한 소개를 끝마치고, 더 넓고 깊은 세계로의 탐험을 부추긴다.

이 책은 여섯 장으로 구성되어, 화학사의 여러 사건과 주제를 효과적으로 소개한다. 1장 ‘물질의 본성에 관하여’에서는 연금술이 촉발한 물질 연구의 시작을 살피고, 2장 ‘물질의 분석’에서는 기독교의 성변화(聖變化) 교리와 그리스와 아랍에서 온 고화학 간의 충돌 및 화학 발전에의 기여에 대해 다룬다. 3장 ‘기체와 원자’에서는 오랜 시간에 걸쳐 점진적으로 일어난 화학 혁명을, 4장 ‘유형과 육각형’에서는 유기화학 연구를, 5장 ‘반응성’에서는 물리학과 화학의 관계를 짚어본다. 마지막으로 6장 ‘합성’에서는 물질의 합성, 여성 화학자들의 활약 등 화학의 현재와 미래를 고찰한다.

목차

개요

제1장. 물질의 본성에 관하여
제2장. 물질의 분석
제3장. 기체와 원자
제4장. 유형과 육각형
제5장. 반응성
제6장. 합성

에필로그 / 감사의 말 / 참고문헌 / 독서안내 / 주 / 역자 후기 / 도판 목록

책 속으로

향수와 유리, 화장품과 도자기를 만들고 청동 제품을 만들거나 금이나 금과 유사한 물건을 제작하는 경험적 기술을 지닌 장인들에게 이론은 그리 필요치 않았다. 하지만 그리스 사상가들은 (지금의 우리가 화학적 변화라고 말하는) 이러한 형태의 변화가 어떤 이유와 방법으로 가능한지 알기를 갈망했다. 왜 금속이나 유리는 색깔 있는 광물과 함께 녹았을 때 모습이 바뀌었을까? 갈레나(불순한 산화 납)를 가열할 때 은 구슬들이 나타나는 이유는 무엇이었을까? _26쪽

지난 10년 동안 역사학자들은 연금술이 사이비 과학으로 추락하는 과정을 추적해왔다. 연금술과 화학의 경계를 짓는 작업은 1740년대 이후 수학 및 자연과학을 연구하는 종합 연구기관이자 학술원인 아카데미데시앙스에서 프랑스 화학자들에 의해 주도적으로 이루어졌다. 결과적으로 연금술은 금을 만드는 행위로 범위가 한정되었고 (실은 우리가 이미 알고 있는 것처럼, 오히려 그 이상의 활약이 있었다) 연금술사를 탐욕에 찬 사기꾼으로 치부함으로써 이 구분 작업은 마무리되었다. _44쪽

파라켈수스가 자신만의 의학과 화학의 혁신을 이룬 것은 바로 이런 심오한 종교적 맥락에 근거한다. 아마도 의사로서의 그의 명성은 자연이 스스로 질병을 치료할 수 있다는 사실에 근거를 둔 그의 보수적 성향과 자연의 섭리에 개입하지 않겠다는 태도로 인해 형성되었을 것이다. 그가 치료 약물의 목록에 화학 약품을 최소한으로 처방한 것도 이런 태도 때문이다. 그는 연금술을 금을 만드는 것이 아니라 쓸모없어 보이는 물질로부터 실체를 꺼냄으로써 유용한 물질로 분리하는 방법으로 여기고 있었다. _57쪽

화학 혁명은 단지 개념상에 그치지 않고 실제로 도움이 되었는데, 정확한 저울과 유리 기구, 그리고 유디오미터(공기 순도 측정기) 등을 사용해 기체를 만들거나 중량을 재고 가늠할 수 있는 실질적 능력을 포괄했다. 원소들과 물질 구성에 대한 당시 사람들의 관점을 바꾸고 화학자들이 서로 소통하는 방식을 재정비한 화학자는 프랑스 공무원 앙투안 라부아지에(Antoine Lavoisier, 1743-94)였다. _91쪽

논문에서 화학 기호를 능숙하게 다루는 일은 당시 대학에서 수십 년 동안 구두시험을 치르다 필기시험을 도입한 것만큼이나 중대한 사안이었다. 독일의 역사학자 우르줄라 클라인(Ursula Klein)이 보여주었듯이, 1830년대에는 유기 화합물을 구분하고 식별하고 분류하는 새로운 방법들이 만들어졌는데, 그중 으뜸은 전혀 알려지지 않은 일련의 새로운 유도체의 구조를 이해하기 위해 베르셀리우스의 화학식을 논문에 활용한 것이었다. _121쪽

1850년대에 이르자, 게르하르트는 그가 형의설(型-說, type theory)이라고 명명한 유기 화합물의 새롭고 광범위한 분류법을 제안하기 시작했다. 그는 로랑이 제안한 분자의 단일 개념과 스승인 뒤마의 선행연구에 크게 영향을 받았는데, 그것은 라디칼 물질과 다른 원소의 다중 치환이 가능하다는 것이었고 모든 유기 분자들은 상대적으로 적은 몇 가지의 무기물 기본형을 기반으로 만들어진다고 제안했다. 그러니까 유기물 분자는 단순히 무기물 분자의 치환 유도체라는 것이었다. 그 무기물 유형들은 수소(H2), 염화수소(HCl), 물(H2O)이었고 이후에 암모니아(NH3)를 포함했다. _134쪽

화학사의 ‘거인들’이 등장한 19세기 전반에 걸쳤던 화학 발전에 윌리엄슨의 중추적인 역할은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 그는 물의 형(type)이 가진 능력이 ‘원자가’와 ‘구조’의 개념을 이끌어내는 데 도움이 되었다는 것을 보여줬을 뿐만 아니라, 에테르화에 대한 명확한 연구 역시 각각의 원자들이 중간 화합물을 거치며 각 반응 단계에서 위치를 바꾼다는 것을 보여주어 이후 화학자들이 화학적 변화의 메커니즘을 어떻게 연구할 수 있는지 제시했기 때문이다. _153쪽

19세기 말 물리화학의 부상은 실험실 설계에 보다 큰 변화를 가져왔다. 자외선과 적외선 분광기, 분광 광도계, X선 카메라, 질량 분석기, 크로마토그래피 같은 실험 기구와 기술들은 물질을 분석하고 그 구조를 바로 알려주는 새롭고 더욱 간단하며 빠른 방법을 제공하기 시작했다. 이러한 물리적 측정 방법은 1960년대에 이르러서는 (약품과 가열로 인한) 습식 및 건식 분석 방법을 완전히 대체했다. 결국 오늘날에 이르러서는 리비히와 콜베 시대의 전통적인 실험실 작업대에서 볼 수 있었던 각종 시약을 얹는 선반의 비계가 제거되며 일반적인 책상 모습으로 돌아갔다. _181쪽

1914년에 발발한 전쟁은 독가스를 사용한 전투라는 이유로 세상에는 ‘화학자들의 전쟁’으로 알려져 있다. 사실, 화학전이 직접적 원인이 된 전쟁 사상자는 1퍼센트가 채 안 된다. 그럼에도 이 문구는 대영제국을 전시체제로 전환하는 데에 화학이 이용된 방식을 묘사하기 위해 1917년에 처음 사용되었다. 비슷한 경우로 1939년부터 1945년까지의 제2차세계대전은 원자폭탄 제조에 쏟은 노력을 이유로 ‘물리학자들의 전쟁’이라 불려왔다. 사실, 여기에도 화학자들은 우라늄 동위원소 분리와 중수 제조에 깊이 관여했다. 화학자들의 도움이 없었다면 폭탄도 없었을 것이다. _211-212쪽

출판사 서평

화학의 역사는
우주를 이루는 모든 입자의 역사다

물질 연구의 역사로
물질세계의 역사를 돌아보다

“모든 것이 화학이다”
화학이라는 학문의 역사에 대해 이야기하는 것은 곧 이 우주의 역사와 인류의 역사에 대해 동시에 이야기하는 것과도 같다. 화학의 역사는 인류가 이 세계를 이루고 있는 물질들의 변화를 포착하고 분석한 역사이자, 물질 변화의 발견과 연구, 활용이 어떻게 진행되었는지 아는 것은 인류가 세상을 바라보고 인식하는 방식의 변화를 아는 것과 같기 때문이다. 저자는 오랜 시간 쌓아온 과학의 역사에 대한 관록과 연륜을 짧은 소개에 성공적으로 담아냈다. 중요한 인물들의 간략한 소개와 함께, 저자는 화학사의 굵직한 논쟁과 획기적인 발견 및 발견을 들려준다. 마치 한 편의 강의와도 같은 이 책은 ‘Alles ist Chemie’, 즉 모든 것이 화학이라는 문장으로 화학사의 간략한 소개를 끝마치고, 더 넓고 깊은 세계로의 탐험을 부추긴다.

마치 요리책처럼, 누구나 광물의 성분을 결정할 수 있게 한 체계적인 분석표의 출현은 무기물에 관한 화학(결국은 여기에 무기화학이라는 칭호가 붙게 된다)의 등장을 가능하게 했다. 예를 들어 수은, 황 및 소금과 같은 물질을 구성하는 (또는 적어도 이러한 실제 물질들의 높은 순도나 이상적 형태를 지닌) 원소들은 실제로 존재하는 균질한 물질들의 대규모 무리로 확장되었다. 이 균일한 물질들은 물질 구성과 친화력에 대한 설명에서 고화학자들이 원소들과 미립자로 인식했던 바로 그 물질들이었다. _82쪽

이 책은 여섯 장으로 구성되어, 화학사의 여러 사건과 주제를 효과적으로 소개한다. 1장 ‘물질의 본성에 관하여’에서는 연금술이 촉발한 물질 연구의 시작을 살피고, 2장 ‘물질의 분석’에서는 기독교의 성변화(聖變化) 교리와 그리스와 아랍에서 온 고화학 간의 충돌 및 화학 발전에의 기여에 대해 다룬다. 3장 ‘기체와 원자’에서는 오랜 시간에 걸쳐 점진적으로 일어난 화학 혁명을, 4장 ‘유형과 육각형’에서는 유기화학 연구를, 5장 ‘반응성’에서는 물리학과 화학의 관계를 짚어본다. 마지막으로 6장 ‘합성’에서는 물질의 합성, 여성 화학자들의 활약 등 화학의 현재와 미래를 고찰한다.

플로지스톤에 반대하는 학자들이 논쟁에서 승리했음에도 불구하고, 물리학자들이 그들의 과학 이론으로 개입하려는 것에 대한 화학자들의 반대는 19세기와 20세기 동안 지속되었고 심지어 오늘날에도 화학이 물리학으로 정리될 수 있다는 주장을 화학자들이 거부하면서 계속되고 있다. 더불어 화학 혁명은 직업적 전문화와 새로운 교육기관과 진로와 학술지의 창설의 관점에서 해석될 수 있다. 정부(특히 프랑스 정부) 역시 고등교육과 자격 검증 제도를 계획했기에 국가의 역할을 무시할 수 없다. _115쪽

파괴적인 과학이라는 오명
공업뿐만 아니라 농업, 수의학 등 다양한 분야에서 화학물질이 일으켜온 각종 환경 오염과 양차 세계대전에서 활용된 방식 때문에, 화학은 종종 폭력적이고 파괴적인 과학 분야로 여겨졌다. 기술적 발전을 위해 이와 같은 속성을 은폐한 점도 화학에 대한 부정적인 인식이 더욱 악화하는 데에 기여했다. 그러나 화학이 늘 폭발과 오염을 낳는 것만은 아니다. 오염의 정도를 밝히고 기후재앙의 원인을 밝혀내는 등 화학은 우리가 살아가는 환경을 개선하는 데에도 중요한 역할을 맡고 있으며, 그래핀을 발명하고 나노테크놀러지를 개발하는 등 최첨단 기술을 발전시켜 삶의 질을 향상하는 데에도 크게 기여하고 있다.

역사적으로 항상 약학과 의학에 밀접한 관련이 있기는 했지만, 제2차세계대전 이후 화학은 생물학 쪽으로 결정적인 변화를 일으켰다. 또한 천체화학, 지구화학, 재료화학이라는 명칭이 암시하듯 일부 논평가들은 화학을 자연과학의 다른 영역들에 유용한 과학으로 바라보았다. 하지만 또다른 논평가들에게 이는 화학이 다른 과학 학문에 스며드는 것으로 보였다. 화학이라는 학문 그 자체는 자연을 연구하는 중심 과학인 필수적인 기초 학문이 되었다. _189쪽

인류의 발전과 궤를 함께한 학문
화학의 개별 학문으로서의 입지가 꾸준히 시험에 드는 것은 사실이지만, 이는 오히려 화학이 여타 과학 분야의 기반이 된다는 것을 의미한다. 오늘날에도 화학은 생화학, 생명공학, 나노기술, 재료과학 등으로 변모하며 다양한 분야의 기술 발전에 기여하고 있다. 그러기까지는 인류의 역사 전반에 걸친 길고도 지난한 화학 정립의 역사가 있었다. 그리스시대의 연금술 이전에도, 중동 지역의 고대 문명에서부터 화학물질을 식별하고 이용한 기록이 남아 있다. 온도를 조절하여 물질의 본질과 외형, 그리고 성질을 변하게 만드는 기술은 기원전부터 발견되고 개발되며 인류의 발전과 맞물려 진화해왔다. 원자 개념과 원소 명명법, 기호 등의 발명과 실험실 개선 등 화학자들이 지금과 같은 연구 환경을 갖추고 화학이 연구 분야로서의 지위를 획득하는 데에는 여러 단계를 거쳐야 했다. 대학이 순수 학문을 넘어선 융합적인 교육기관으로 거듭난 지금, 전문가들은 융합 과학의 시대에 화학이라는 연구 분야가 더욱 빛을 발하리라고 전망한다. 모든 물질이 작은 입자로 이루어져 있듯, 화학의 역사는 인류가 살아가는 세상을 이루고 있는 모든 것들의 역사다.

세부 전문 분야의 엄청난 증가로 곧바로 분석화학과 무기와 유기화학 및 물리화학이라는 부문 내에서도 특정 주제를 중심으로 하는 세부 회의체가 마련되었다. 예를 들어, 물리화학 부문 내 전문 학회인 패러데이 학회는 1903년 런던에서 설립되었으며 1923년에는 전기화학 이론에 관한 모임을 열었다. 연구와 회의 참석으로 해외를 이동하며, 서로 다른 학문과 산업적 맥락에서 일어난 교류는 스웨덴 역사학자 스타판 베리빅(Staffan Bergwik)이 언급했던 것처럼 ‘여러 연구소와 대학 그리고 여러 학회와 기업을 관통하며 자연과학이 이동하는 모세혈관망’을 20세기와 당시의 화학자들이 만들었다는 것을 의미했다. _186쪽

작가정보

저자(글) 윌리엄 H. 브록

William H. Brock
영국의 화학자이자 레스터대학교의 과학사 명예교수로 경력을 마쳤다. 토론토, 멜버른, 필라델피아에서 교환교수로 있었던 짧은 기간 외에는 대부분 레스터대학교에서 머물렀고, 빅토리아연구센터의 소장이 되었다. 2011년 왕립화학회에서 발행한 『독성을 가진 양말 사건The Case of the Poisonous Socks』을 포함한 그의 저서들은 화학사, 빅토리아시대의 과학 교육, 과학 정기 간행물의 확대에 중점을 두고 있다.

번역 김병민

화학공학자이다. 탄소 나노튜브 연구를 시작으로 물질 분자의 진동에너지를 분석하는 일을 했다. 한림대학교 나노융합스쿨 겸임교수로 활동하며 칼럼 및 강연으로 과학대중화에 힘쓴다. 지은 책으로는 『사이언스 빌리지』 『사이언스 빌리지: 슬기로운 화학생활』 『주기율표를 읽는 시간』 『숨은 과학』 『거의 모든 물질의 화학』 등이 있다.