화학식으로 보이지 않는 세상을 풀다!
일상 속 궁금증을 화학식으로 밝혀 줄 기발하고 흥미진진한 과학책

사람들에게 화학은 일상과 거리가 멀고 어려운 학문으로 여겨진다.
원소들의 다양한 결합 방식으로 구성된 화학식과 화학 반응식은 어떤가.
중고등학교 때 배웠지만 복잡하고 난해하다는 이유로 일상에서 잊어버리기 일쑤다.
그러나 화학 사고, 화학 노벨상, 의약품 개발 등 우리가 사는 세상에는 화학과 관련된 이야기가 넘쳐나고 화학을 활용한 제품들이 셀 수 없이 많이 개발될 정도로 화학은 우리 삶에 보이지 않게 침투되어 있다.
그런데도 왜 대다수가 화학에 흥미를 느끼지 못하는 것일까?

《주변의 모든 것을 화학식으로 써 봤다》의 저자는 눈에 보이지 않는 분자들이 질서 정연하게 세상을 구성하고 있다는 데 매료되어 화학의 세계를 본격적으로 탐구하기 시작했다.
이 책은 주변에 있는 사물들을 화학식의 렌즈로 재해석하여 화학 세계의 경이로움을 전달한 책이다.
침실이나 부엌, 화장실 등 우리가 사는 일상 공간에는 음식, 옷, 비누, 전자기기 등 친근한 사물들이 있다.
이 책은 우리 주변의 사물들을 화학식으로 풀어내면서 그 화학적 원리를 꼼꼼히 해석한다.
탄소 C 군, 산소 O 양, 그리고 수소 H 연구원과 같은 친근한 캐릭터와 일러스트를 두어 내용의 핵심을 쉽고 간결하게 짚어주기도 한다.
화학 과목을 배우는 중고등학생에서 졸업 후 화학이 어렵고 추상적이라고 생각하는 이들 모두에게 일상 속 풍부한 예시에 대한 해석은 화학의 새로운 면모를 일러주고 생활과 학문의 격차를 메워 앎의 즐거움을 줄 것이다.
광운대학교 화학과에서 학생들을 가르치면서 화학의 대중화를 위해 유튜브 채널 ‘화학하악’을 운영하고 계신 장홍제 교수의 감수를 받아 더 세심하고 깊이 있는 논의를 이끌어냈다.

화학은 마치 하나의 언어와 비슷합니다.
그리고 언어를 잘 이해하고 다루기 위해서는 그 언어의 약속인 문법을 이해하고 따라야 합니다.
화학도 같은 방식으로 접근하면 간단합니다.
왜 소금은 Na와 Cl이 하나씩 결합한 NaCl로만 쓰이는지, 산(H+)과 염기(OH-)가 만나면 어째서 중화반응을 통해 물(H2O)이 남게 되는지.
모든 것을 알고 나면 당연한 화학 문법들로 이루어져 있습니다.

《주변의 모든 것을 화학식으로 써 봤다》는 주변에서 자주 들리는 친숙 한 화학 이야기부터 조금은 복잡해서 쉽게 들리지 않는 내용까지 모두 화학식으로 풀어냅니다.
중간중간 화학식의 문법들을 소개하기도 하고 식으로 나타내는 편리함을 선보입니다.
화학이 낯선 사람들에게 두통을 안겨 주던 알파벳과 숫자, 기호, 화살표가 뒤섞인 화학식은 사실 물질의 가장 간단한 문장입니다.
이 책은 기억에 묻혀 있는 화학식을 다시금 떠 올릴 기회를 줄 것입니다.
---「감수의 글」중에서

최근 연구에서 미각을 전달하는 세포에는 몇 가지 종류가 있음을 알게 되었다.
설탕은 II형 세포라고 불리는 세포에, 소금은 III형 세포라고 불리는 세포에 작용한다는 사실이 밝혀졌다.
I형 세포도 존재하지만, 맛을 뇌에 전달하는 기능은 현시점에서 발견되지 않았다고 한다.


아래 그림에서 보듯이 설탕은 수크로스가 II형 세포에 달라붙을 때, 소금은 나트륨 이온(Na+)이 III형 세포에 들어갈 때 그것이 신호가 되어서 전기 신호나 화학 물질을 통해 미각을 관장하는 신경(미각 신경)에 그 정보가 전해진다.
그 정보가 뇌에 전달되어서 ‘짜다’ 혹은 ‘달다’라는 미각을 느끼는 것이다.
---「소금 맛은 어떻게 느끼는 것일까? ★ 조금 더 자세히! ★」중에서

드라이아이스는 고체인데, 사실 이것은 CO2 덩어리다. CO2는 물론 실온에서는 기체 상태이지만, 차갑게 하면 고체가 된다.
물을 얼리면 얼음이 되는 것과 같다.
다만 물의 경우는 섭씨 0도에서 고체가 되는 데 비해 CO2의 경우는 섭씨 약 마이너스 78도에서 고체가 된다.
이 정도로 온도가 낮은 것을 함께 넣어 두니까 아이스크림이나 냉동식품이 계속 차가운 상태를 유지하는 것이다.


그러나 실온에 놓아두면 드라이아이스는 시간이 지나면서 기체 상태의 CO2로 돌아간다.
얼음의 경우는 녹으면 액체(물)가 되지만 CO2의 경우는 기체가 되어 버리는 것이다.
이것을 ‘승화’라고 부른다.


그리고 결국 드라이아이스는 사라져 버린다.
---「드라이아이스는 CO2 덩어리」중에서

몸속에 생긴 아세트산은 다시 분해되어서 몸 밖으로 배출된다.
이처럼 우리 몸은 에탄올을 변환시켜 몸 밖으로 배출하는 화학 반응을 일으킨다.
그러나 효소의 작용을 초과하는 양의 술을 마셔 버리면 에탄올이나 아세트알데하이드가 몸속에 남는다.
아세트알데하이드는 두통이나 구역질을 유발하기 때문에 이른바 숙취의 원인이 된다.

---「술(C2H6O)을 마시면 숙취에 시달리는 이유」중에서

효소를 구성하는 원자는 주로 C와 H, O, N, 그리고 S(S는 황의 원소 기호다)로, 지금까지 등장한 분자와 별로 다르지 않다.
그러나 지금까지 등장했던 분자와 비교하면 크기가 매우 크다.
가령 알코올 탈수소 효소 나 알데하이드 탈수소 효소의 질량은 에탄올이나 아세트알데하이드의 1,000배가 넘는다! 이를 보면 매우 큰 분자임을 상상할 수 있을 것이다

예로 든 ADH와 ALDH의 경우처럼, 효소에는 여러 종류가 있으며 각각 역할이 다르다.
우리 몸속에도 다양한 종류의 효소가 있다(이 책에도 다수가 등장한다).
또한 같은 종류의 효소라도 효소를 구성하는 원자의 일부가 사람에 따라 미묘하게 다르며, 작용의 정도도 달라진다.
그래서 ADH와 ALDH의 작용도 사람마다 다르기 때문에 술이 센 사람과 약한 사람이 있는 것이다.

---「효소가 뭐야? ★ 조금 더 자세히! ★」중에서

왜 소금에 절이면 식품이 상하지 않고 오래 보존될까? 애초에 식품이 상하는 원인은 식품 속에 들어 있는 미생물이 대량으로 늘어나기 때문 이다.
그리고 미생물이 번식하려면, 또 살아가려면 우리와 마찬가지로 물이 필요하다.
장마철 등 습기가 많은 시기에 식품이 잘 상하는 것은 이 때문이다.
따라서 식품에서 수분을 제거하는 것이 장기 보존의 열쇠가 된다.
그리고 소금(NaCl=Na+와 Cl-)에는 앞에서 말했듯이 물(H2O)과 서로 끌어당기는 성질이 있다.
그래서 식품 속에 있는 물을 잘 빨아들여 미생물이 번식하는 것을 막아 주는 것이다.

---「소금(NaCl)은 왜 물속에서 쉽게 분해될까?」중에서

설탕의 주성분은 우리에게 단맛을 느끼게 해주는 멋진 분자인 수크로스(자당)다.
수크로스의 화학식은 C12H22O11이다.


수크로스는 글루코스(C6H12O6)와 프럭토스(C6H12O6)라는 분자가 달라 붙은 구조로 되어 있다.
글루코스는 ‘호흡과 광합성’에서 이미 등장한 바 있다.
반면 프럭토스는 처음 나왔는데, 화학식을 유심히 보면 글루 코스와 똑같은 C6H12O6이다.
화학식은 같은데 이름이 다른 것이다.

---「단맛을 내는 설탕(C12H22O11)의 멋진 분자, 수크로스」중에서

탈취방향제는 거슬리는 냄새를 없애고[탈취] 좋은 향기를 퍼트리는데 [방향], 우리는 어떻게 그런 냄새나 향기를 느끼는 것일까?

사실은 우리가 거슬리는 냄새나 좋은 향기를 느끼는 것도 분자와 관계가 있다.
좋은 향기가 나는 분자나 거슬리는 냄새가 나는 분자는 기체 상태로 존재하며, 공기 속을 떠다니는 그런 분자들이 우리의 코를 통해서 향기나 냄새로서 전해진다.
냄새를 느끼게 하는 분자가 콧속 세포에 있는 수용체(분자가 달라붙는 장소)에 달라붙으면 화학 물질이나 전기 신호를 거쳐서 후각을 관장하는 신경에 정보가 전달된다.
이때 후각을 관장하는 세포는 후신경이라고 불린다.


우리에게 냄새를 느끼게 하는 분자는 여러 종류가 있으며, 그 분자들이 달라붙는 수용체도 여러 종류가 있다.
인간에게 있는 약 400종류에 이르는 수용체를 통해 냄새를 느끼는 것이다.


다시 탈취방향제의 이야기로 돌아가자.
미리 사이클로덱스트린에 좋은 향기가 나는 분자를 수용해 놓는다.
그리고 그 분자를 서서히 방출하는 동시에 불쾌한 냄새가 나는 분자를 수용해 나간다.
이렇게 해서 좋은 향기를 내는 동시에 불쾌한 냄새를 제거함으로써 탈취방향제의 역할을 하는 것이다.

---「고리 형태의 분자 사이클로덱스트린 ★ 조금 더 자세히! ★」중에서

뮤탄스균은 글루칸 속에서 안락하게 살며 젖산을 토해 내는 것이다[사실은 아세트산도 토해 낸다.
그 밖에 폼산(HCO2H)이라는 산도 토해 내지만, 젖산의 비율이 높다].
이 과정에서 나오는 산 때문에 탈회가 집중적으로 일어남으로써 치아가 녹아서 충치가 된다.
이렇게 되기 전에 양치질을 해서 치아에 달라붙어 있는 치석(글루칸+균)을 확실히 제거해야 한다.
끈적끈적한 치석은 물 양치를 하는 정도로는 잘 떨어지지 않는다.
물리적인 힘으로 제거하는 것이 최선이며, 효과적인 방법은 역시 칫솔질이다.
치약에는 연마제(효율적으로 연마하기 위한 입자)가 들어 있어서 끈적끈적한 치석을 제거하는 데 효과가 있다.

---「치아에 충치는 어떻게 생기는 것일까?」중에서