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화학은 물질을 이해하고 새로운 물질을 만들고 물질의 가치를 높이는 과학이다. 지난 7월, 화학의 국제적 표준화와 규제 사항에 대한 협의를 비롯하여 순수 화학 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 만들기 위해 노력했다. 왜? 돈이 되기 때문에. 그렇다. 화학은 가치를 창출해내는 과정이다. 당시 연금술사들은 납으로 금을 만들어내지 못했지만 다른 가치가 있는 '물질'들을 발견해내는 과정에 이른다. 인류 문명의 발전을 가져다준 물질. 제작진은 그 물질의 세계를 탐구하고자 한다.

화학의 나침반 주기율표, 탄생 150주년 맞이하다

화학의 나침반으로 불리는 원소주기율표는 물질에 대한 이해와 화학의 발전에 결정적인 역할을 했다. 그 주기율표는가 올해로 탄생 150주년을 맞았다. 러시아의 화학자 드리트미 멘델레예프에서 시작된 주기율표. 멘델레프는 원소들의 성질을 분류하며 화학의 역사상 가장 위대한 발명을 한다. 주기율표는 물질들이 서로 어떤 반응을 일으킬지 그 물질들이 어떤 성질을 가지고 있는지 예측할 수 있는 놀라운 도구다. 주기율표가 없었다면 오늘날 그 어떤 화학법칙들도 만들어지지 않았을 것이라고 말하는 화학자도 있다. 유네스코는 2019년을 주기율표의 해로 지정해 인류의 오늘을 만들고 미래를 만들어갈 화학의 중요성을 전세계에 알리는 뜻깊은 자리를 마련했다. 그 현장에서 취재진의 물질세계의 중요한 기본 물질인 원소들을 만난다. 물질과 화학이 없었다면 현대문명은 없었을 것이다.

가장 작은 원소, 미래의 에너지원이 되다!

경상남도 창원시는 국내 최초로 수소전기버스를 일반인들이 이용할 수 있는 정규 버스 노선에 도입했다. 수소와 산소의 반응을 통해 전기에너지를 만들어 달릴 수 있는 수소버스는 친환경적인 대중교통수단이다. 온실가스나 미세먼지를 만들지 않을 뿐 아니라 수소전기버스 한 대가 1km를 달리면 약 5kg의 공기가 장화된다고 한다. 바로 수소덕분이다. 주기율표의 1번 원소인 수소(H). 수소는 우주에서 가장 많은 원소이자 최초의 물질이다. 가장 작고 가장 간단한 구조를 가진 수소는 어떻게 인류의 미래를 위한 중요한 에너지원이 되었을까. 수소가 어떻게 우리의 삶과 연결되어 있는지 살펴본다.

수천 만 명의 생명을 구한 약들은 어떻게 탄생했을까?

화학은 인간의 수명을 비약적으로 늘렸다. 항생제, 진통제, 항암제 등 바로 약을 통해서다. 지금도 전 세계에서 하루 1억 알 씩 소비된다는 아스피린은 인간이 만든 최초의 합성의약품이다. 버드나무 껍질에서 추출한 살리실산이라는 물질. 천연에서만 구할 수 있었던 물질을 인공적으로 합성했고 부작용마저 줄였다. 질병과 고통과 싸워온 화학의 위대한 이정표가 된 사건이었다. 화학과 화학자가 없었다면 지금 우리가 쓰고 있는 수많은 약들도 없다. 화학자는 약을 만들기 위해 물질을 분석하고 수많은 실험을 통해 약효 높은 물질을 만들고 검증하고 또 가장 순수한 형태의 화합물로 정제한다. 약과 화학, 생명을 구하기 위한 화학자의 치열한 연구현장을 살펴본다.

반도체는 어떤 물질이기에 첨단IT기술로 스마트한 현대 문명을 이루게 했을까

전자산업의 쌀로 불리는 반도체. 반도체를 만들기 위해 사용되는 물질들은 원소로만 따지면 주기율표 속 118원소 중 3분의 1에 해당되는 40여종에 이른다고 한다. 그야말로 물질과 화학기술이 집약체다. 반도체의 기반은 규소로 된 웨이퍼라 불리는 재료다. 인과 불소같은 원소들의 이온이 규소에 전기적인 성질을 더하고 불소산이나 PR물질 등 등 여러 물질들이 공정에 더해져 반도체가 탄생한다. 무엇보다 반도체와 관련된 물질들이 일본의 수출규제품목의 핵심물질들로 올 한해 큰 주목을 받았다. 화학물질이 경제와 산업 그리고 우리의 일상에 얼마나 중요한 역할을 하고 있는지 새삼 느껴볼 수 있는 중요한 사건이었다. 반도체 공정의 핵심물질들과 그들의 중요성을 심층취재로 살펴본다.

2019 노벨 화학상이 선택한 원소, 기호 3번 리튬

지난 10월 9일, 2019년 노벨 화학상 수상자들이 공개됐다. 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 공동 선정했다. 작고 가벼운 원소였던 리튬(Li)이 만들어낸 배터리와 그 배터리가 가져다준 일상의 혁명적인 변화가 수상의 이유였다. 리튬이온배터리는 가볍고 많은 고용량의 에너지를 저장할 수 있고 재충전이 가능한 배터리다. 전기차와 첨단기기들의 핵심에너지원으로 리튬이온 배터리는 미래의 문명을 이끌어 갈 것이다. 배터리의 안전성과 활용성을 높이기 위한 한국화학연구원의 연구팀들을 만나본다. 그리고 배터리를 구성하는 물질들을 재활용하는 기술로 환경과 지속가능한 경제를 생각하는 국내의 한 강소기업을 만나본다. 미래의 배터리는 어떤 모습일까. 리튬 배터리가 만들어낼 문명의 진화를 심도 있게 다뤄본다.

원자의 세계는 얼마나 작을까?

이 세상에 존재하는 물질은 무엇으로 이루어져 있을까. 바로 원자다. 고대로부터 만물을 이루는 물질들의 근원으로 여겨졌던 원자. ‘자갈 하나를 원자라고 한다면 자갈이 이루는 물질은 에베레스트 산보다 더 크다’는 비유가 있을 만큼 작은 원자의 세계. 화학은 이들 원자들을 다루며 수많은 물질들을 만들고 다루며 물질세계를 더욱 가치 있게 한다. 세계에서는 단 2대 뿐이라는 기초과학연구원의 수차보정투과전자현미경으로 원자의 세계를 들여다본다. 작고 작은 세계가 이루는 경이로운 세상과 원자들의 구성과 구조를 들여다보는 일이 얼마나 중요한 일인지 살펴본다

슈퍼원소 탄소가 만든 석유는 어떻게 인류 최고의 물질이 되었나

우리가 사용하는 화학 물질인 플라스틱, 고무, 섬유, 약 등등은 모두 석유에서 유래한다. 한 컵의 석유로 수십킬로미터를 움직일 수 있는 높은 에너지를 가진 석유는 탄소와 수소가 사슬처럼 결합한 물질이다. 생명체와 수많은 물질의 뼈대가 되는 탄소는 독특한 원자구조를 가진 원소계의 슈퍼스타다. 탄소로 이루어진 물질들에 기반하고 있는 문명의 오늘을 이해하기 위해 탄소와 중요한 탄소화합물인 석유 그 중에서 수많은 석유화학제품의 원료인 나프타를 집중 취재한다. 취재진은 그동안 출입이 금기시 되어있던 화학 물질의 요람인 정유공장을 취재할 수 있는 특별한 기회를 얻었다. 탄소라는 원소는 과연 무엇으로 이 거대한 문명을 지배할 수 있었을까. 석유에 기반한 탄소문명의 미래는 어떻게 될까. 그 물음에 대한 답을 찾아 거대산업의 현장 속으로 떠나본다.