나폴레옹의 단추_ 들어가기

Napoleon's buttons

(17 Molecules that changed history) 

Penny Le Couteur & Jay Burreson 

초판 2003 

 

  학교다닐 때야 어느과목에 흥미가 딱히 있었을까마는, 화학은 특히 지루했던 것 같아. 주기율표와 각 원소의 특징을 외우고, 시험에 나오는 각 화합물의 반응식을 그냥 외웠던 기억이야. 선생님이야 쉬웠겠지만, 화학의 언어인 화학식을 제대로 이해하지 못했으니 어떻게 화학과 대화할 수 있었겠어. 무조건 외운 화합물들이 우리 일상에 어떻게 쓰이며, 어떤 영향을 미쳤는지 배울 수 있었다면 더 흥미를 느끼지 않았을까 싶어.

    

  이 책은 인류 역사에 영향을 준, 앞으로 소개될 선별된 17가지 화합물의 이야기를 통해 우리가 화학에 더 친근하게 접근할 수 있게 해줘. 책의 제목은 여러 화학 입문서에 언급되는 대표적인 이야기인 나폴레옹의 단추를 사용했어. 

 

나폴레옹은 1812년 60만 대군으로 시작한 러시아 원정의 실패로 1813년 엘바 섬으로 유배됐는데, 그  실패의 여러가지 원인중 화학의 기초인 물성에 대한 지식이 필요함을 알려주는, 당시에 주로 쓰이던 주석(Sn)으로 만든 단추에 대한 이야기로 책을 시작해.          

일반적으로 금속은 산화철과 같이 산화되거나, 황동과 같이 다른 금속과 섞여서 존재해서 순수한 금속을 얻기 위해서는 높은 열에서 녹이는 등의 제련(Smelting) 과정이 필요해. 하지만 주석은 자연에서 제련없이 바로 쓸수있는 몇 않되는 금속으로, 청동기시대부터 사용되어왔어. 게다가 다루기 쉽게 녹는점이 낮고 유연해 장식품과 단추에 사용되었고 캔의 구멍을 메꾸거나 접합하는데도 많이 쓰여왔어. 

문제는 주석이 저온에서 잘 부서지는거야. 'Tin Disease'로 불리는데, 주석은 영하 30도 이하에서 구조적으로 약해져 쉽게 부서지지. 나폴레옹 군대는 방한복의 멋들어진 자태를 완성하기 위해 주석 단추를 사용했는데, 러시아 겨울이 얼마나 추운지 고려하지 않아 혹독한 추위에 단추가 부서져 떨어지면서 군인이 총대신 단추 없는 방한복을 부여잡고 옆이 벌어진 가죽장화로 언 발에 지리멸렬하게 돼.    

 

비슷한 예로 아문센에게 한달 차이로 최초의 남극 정복을 빼앗긴 불운한 영국탐험가 Robert Scott(1910)은 귀환길에 놓아둔 보급품에 함께 있던 석유를 담은 연료통의 주석 땜질한 부분이 추위에 부서져 구멍이 나면서 석유가 새어나가고 음식도 오염되어 버려. 결국 추위와 기아로 베이스캠프에서 하루 거리밖에 떨어지지 않은 곳에서 사망하게 돼.        

 

 

  본문에 들어가기 전 몇가지 기본적인 화학 지식을 알아두면 훨씬 편안하게 책을 읽어 갈수 있을 거야;   

  원자 모델: 1913년 위대한 물리학자 닐스보어는 양성자와 동일한 숫자의 중성자가 핵에 위치해 있고 그 주위를 상대적으로 거의 무게가 없는, 양성자수와 동일한 숫자의 전자들이 정해진 궤도를 돌고 있는 원자 모델을 제안했어. 이후에 양자역학등 새로운 물리학의 개념이 추가되었지만 현재도 정확한 모델로 받아들여지고 있어. 

원자를 축구공만큼 뻥튀기 한다면, 축구공은 지구만큼 커질 정도로 작은데, 실제 원자의 크기는 0.1 nanometers (1 Å) 정도이고 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선이 400-700nm 이니, 눈으로 직접 볼 수는 없고 간접적인 방법으로만 원자 모델을 확인 할 수 있지. 게다가 전자는 유령과 같아서 확률적인 위치만 알수 있어.

 

  주기율표:  우리가 살고 있는 세상의 모든 물질을 이루고 있는 화학적으로 가장 단순한 구조인 자연적으로 존재하는 94개의 기본 원소(element)와 인공적으로 만들수 있는 원소 +19개들을 원소번호 순서로 나열해 놓은 것이 주기율표야.

양성자, 중성자와 전자가 각각 하나인 수소를 1로 시작한 원소번호는 각 원소의 양성자수와 같고, 무게는 거의 양성자와 중성자의 수를 합친것과 같아. 주변에 돌고 있는 전자는 양성자의 수와 동일하고 전자는 제한된 수가 한정된 궤도에만 존재할 수 있어. 표의 세로에 놓인 원소들은 외곽 궤도의 전자수가 같아서, 다른 원소와 화합물을 만드는 반응과 특성이 비슷해.

우리 주변에 존재하는 수백만개의 물질들은 이들 원소들의 화합물(compound)로, 원소들이 서로 전자를 공유하거나 주고 받는 방법으로 화합물의 구조를 이루고 있다가, 다른 원소나 화합물을 만났을때 조건이 맞으면 서로 원소를 교환하거나 분리시키는 화학반응을 해. 이과정에서 에너지가 발생하고 이로서 물질과 생명이 탄생하고 유지, 존재하는 거지.     

화학은 이 원소들과 화합물들을 다루고 있어. 우리 일상에 접하는 물질들의 성질을 이해하고 그 이해를 통해 필요한 새로운 화합물을 탐구하는 자연과학 중에서도 실용적며, 우리의 일상과 밀접한 학문이라고 볼 수 있지. 

 

  Organic (유기물):  최근엔 살아있는 자연체에서 나온 식품을 강조하기 위해 (실상은 비싼 가격을 위해) 많이 사용하는 단어이지만, 과학적으로는 탄소를 포함한 화합물을 유기물이라 부르고 있어. 언제나 예외는 있어서 marble(calcium carbonate)이나 Baking Soda(Sodium Bicarbonate)는 탄소가 있음에도 무기물이지만, 일반적으로 화합물에 탄소가 포함되 있으면 유기물이고 탄소가 없거나 기타 광물들은 무기물이야.  

 

  화학 구조식:  화학의 언어라 할 수 있는 화학식은 화합물을 이루는 원소의 갯수를 나타내고 있고 화합물의 구조를 가시화한것이 구조식이야. 유기화합물은 주로 탄소(C), 수소 (H), 산소(O), 와 질소(N)나 인(P)등으로 이루어져 있으며, 각 원소는 서로의 여기전자을 공유하는 형태로 결합되어 있지. 예로, 자연물의 부패과정에서 발생하고 연료로 사용되는 메탄가스의 화학식 CH4은 4개의 외곽전자를 갖는 탄소(C)하나에 한개의 외곽전자를 갖는 4개의 수소(H)가 서로 전자를 공유하고 있음을 구조식으로 가시화하면, 아래와 같이 탄소와 각각의 수소와 연결된 선하나가 전자하나를 공유함을 표시해.    

     

 

>>>1789-1799 사이 프랑스 혁명은 중세의 왕정을 무너뜨리고 새로운사회와 정치 그리고 국가 주의를 탄생 시켰고 나폴레옹의 정복전쟁이 이 새로운 사상을 유럽전역에 퍼트리는 계기가 된다.     

1719 프랑스 혁명 -->  1798 이집트 정복 -->   1799 쿠데타 -->  1804 황제즉위 -->  1812 러시아 침공 --> 1813 엘바 섬 유배  <<<