고분자! 쉽게 알려드립니다./ 화학공부의 첫 발

4차 산업혁명 시대가 되며 다양한 과학기술의 발전이 일어나 우리의 삶은 뒤 바뀌었습니다 그 안에서도 이제는 고분자화합물이라는 개념이 생겼습니다 이는 쉽게 이해하기 위해 달리 말해보면 우리가 매일 사용하는 플라스틱을 말할 수 있습니다 또한 이러한 게 석유화학 공업을 이해하는 기반이 될 수 있죠. 저도 고등학교 때 우연히 수강신청해서 듣게 된 플라스틱 오염에 관한 화학 수업으로 고분자 화합물에 관심이 생겼습니다 저는 앞으로도 고분자 화합물을 탐구하고 이해하고 이에 대해 사색하고 사유할 것입니다 앞으로 이 공간에 제가 이해한 대로 여러분과 생각을 공유하고 싶습니다 시작하기 앞서하고 싶은 말은 이미 우리 삶 속엔 고분자화합물이라는 것이 일상 속 많은 부분을 차지한다는 것입니다. 결국 우리는 이에 대해 모르고 넘어가선 안 된단다는 것입니다. 아마 급격한 사회 속 과학기술 변화를 느껴 본 경험이 있을 것입니다. 이제는 알아야 합니다. 사회 구성원의 일부로써. 

 

첫 글이니 당연히 고분자화합물의 개념부터 시작해보려 합니다. 고분자는 영어로 polymer라고 합니다. 앞에 poly는 여럿이라는 의미이고 mer는 반복단위를 뜻합니다. 즉 고분자는 여러개의 반복단위가 모여 만들어진 분자라고 이해할 수 있습니다. macromolecule이라고 부르기도 합니다. 100여 년 전에 불과한 1920년 독일에서 헤르만 슈타우딩거라는 인물이 등장합니다.

"고분자는 단순한 작은 분자의 집합체가 아니라, 하나의 독립적인 거대 분자이다."
– 헤르만 슈타우딩거(Hermann Staudinger)

당시 고분자는 작은 분자들이 약한 힘으로 뭉쳐있는 상태라고 생각했습니다. 허나 슈타우딩거는 긴 사슬형태의 공유결합으로 뭉쳐진 거대분자임을 내세웠습니다 고분자 개념이 정립될 수 있었던 까닭이 됩니다. 이러한 공을 인정받아 노벨상을 수상하기도 하였습니다.

 

우리 주변엔 많은 고분자가 있습니다 대표적 예시로 앞서 언급했듯이 PET는 고분자에 속합니다. 항상 페트병은 마신 뒤 재활용으로 따로 분류해 버리곤 합니다. 이처럼 사용 후 다시 사용하기가 편리한 혁신적인 소재입니다. 가볍고 편리하고 하니 이미 우리는 고분자에 흠뻑 빠져든 게 분명해 보입니다.  고분자는 페트병 이외에도 합성섬유, 합성고무, 페인트 등도 일컫는다고 볼 수 있습니다. 

 

고분자라는 단어도 생소 하겠지만 합성수지라는 말도 생소할 것입니다. 그렇다면 합성수지는 무엇일까요?  이는 가공하면 플라스틱이 되는 즉, 플라스틱의 원료입니다. 특징으로는 가볍고 절연성이 뛰어나며 열을 가하면 쉽게 모양이 변합니다. 이러한 특성이 우리가 이제는 연간 1,600만 톤의 플라스틱을 생산소비하는 제조업 대국이 된 이유일 겁니다. 이렇게 과도한 사용은 문제 이슈로도 이어지게 되었죠. 

 

자연의 시작점은 분자로부터가 아닐까 생각이듭니다. 화학시간에 배웠듯이 분자는 원자로 구성되고.. 원자는 원자핵과 전자로, 전자는 양성자와 중성자로.. 뭐 이런 기본적인 지식은 다들 아실 겁니다. 여기서 더 깊게 나아가면 사고가 점점 확장 돼 마침내 광자라고 하는 것에 도달하게 됩니다.  숲을 보지 말고 나무를 보라는 말이 있듯이 인간은 큰 범주에서 작은 범주로 세세하게 파고들고자 합니다. 하지만 고분자라는 것은 시선이 나무에서 숲으로 이동한 것과 같은 거죠.  사고의 반전이 신기할 따름입니다. 

 

고분자의 발견은 고무나무에서 시작됩니다. 고분자가 꼭 합성 시켜서만 생기는 것이 아니라 자연히 발생하기도 한다는 겁니다. 고무나무의 수액인 라텍스를 분석해보면 아주 작은 분자인 아이소프렌이라는 단량체가 선형으로 반복되어 연결 돼 있습니다. 이러한 사실을 알게 되며 단량체들을 석유화학공업으로부터 얻어내어 이를 중합 반응(중합반응에 대해선 나중에 자세히 설명하려 합니다)하여 우리가 잘 아는 나일론, 혹은 폴리에틸렌 등을 대량으로 만들었습니다 천연 고분자는 여러 유형으로 나뉩니다 첫 번째로는 우리가 흔히 아는 단백질, 폴리펩타이드이다. 인간이 살아가는데 필요한 영양소이기도 하며 반응을 촉매 하는 기질 역할을 하기도 한다 그다음으로는 폴리사카라이드입니다. 이들은 고리형 당류의 축중합으로 만들어지며 에터기로 연결된 선형 고분자입니다. 대표적으로는 녹말, 글리코젠과 같은 저장당류와 셀룰로스, 키틴과 같은 구조 다당류가 여기에 속합니다. 자연에서 가장 많은 고분자가 셀룰로스입니다. 의복에 사용하는 면섬유의 94%는 셀룰로스이며, 나무의 구성 성분 중 약 50%가 셀룰로스라고 알려져 있습니다. 천연 고분자는 유전정보와도 관련됩니다 이를 폴리뉴클레오타이드라고 말합니다 더 나아가 이것에는 유전정보의 저장 공간이 되는 DNA, 리보솜, RNA가 있습니다 

 

이에 따라 단백질체학이라고 하는 신규 학문이 등장하게 됩니다. 세포나 개체에서 발현되는 단백질 및 그 대사를 연구하는 학문입니다. 바이오 분야에서, 물리화학으로 나아가며 다양한 과학 문학이 융합되는 시대임을 알 수 있습니다 단백질은 인간의 생명활동의 기본적인 단위가 됩니다. 인간의 많은 단백체를 밝혀내기 위해 과학자분들이 힘써주시고 있습니다.