화학

化學 / Chemistry

Chemistry.jpg
[JPG image (22.49 KB)]
벤젠의 구조식

Contents

1. 정의
2. 화학/역사
3. 분야
3.1. 물리화학
3.2. 유기화학
3.3. 무기화학
3.4. 분석화학
3.5. 생화학
3.6. 기타
4. 공학에 대한 영향
5. 대한민국의 화학 교육
5.1. 고등교육과정
5.2. 대학교육과정
6. 이 속성을 보유한 인물
6.1. 가상의 화학자들
7. 관련 항목


1. 정의




어떻게 보더라도, 화학자들의 공로로 우리 문명의 수준이 높아졌고, 나라의 생산 역량이 증대된 것은 사실이다.
- 캘빈 쿨리지



화학은 물질의 구조와 성질, 변화에 관한 학문이다. 간단히 물질의 변화[化]를 다루는 학문[學]이라서 화학이다.

또한 화학 변화 외에도 분자를 이루는 여부에 관계없이 원자 2개 이상의 상호 작용에 의해 나타나는 미시적/거시적 특성 역시 화학의 대상이 된다. 최근에는 학문 간에 연구 대상이 겹치는 경우가 많아지고 있으며, 들여다 보면 다른 이름으로 같은 연구를 하는 학문도 많다. 화학의 경우에도, 전통적으로 물리학생물학 에 해당하는 분야까지 넓어지고 있으며, 미국의 물리화학자 길버트 루이스는 아예 "화학자들이 하는 게 화학이다" (Chemistry is what chemists do)라고 말하기도 했다.

일반인들이 '과학자' 하면 떠올리는 하얀 가운에 시험관 들고 어디에 불 붙이면서 현란한 실험을 하는 모습이 바로 화학자들의 모습이다. 초등학생 대상의 과학 캠프에서 등장하는 대부분의 실험 역시 화학 실험이다.

특히 대중매체에 나오는, 흰 가운을 입고 있고 실험대에는 비커에 색깔 있는 액체가 끓고 있고 그런 액체를 섞었더니 펑 터지는 그런 과학자와 과학 실험은 화학 중에서도 합성화학의 이미지에 가장 가깝다. 물론 상대적으로 가깝다는 것이지, 실제 화학실험과는 다르다.

또, 오늘날에는 기기분석과 레이저, 컴퓨터 시뮬레이션을 도구로 사용하는 화학자의 비중도 그 어느때보다 높다. 그러나 화학자가 아닌 대부분의 다른 과학자는 전혀 다른 환경에서, 전혀 다른 복장으로, 전혀 다른 실험을 하며, 그나마 화학자와 인상착의, 연구 장비, 연구 환경이 비슷한 건 분자생물학자나 생화학자 정도가 있다.

2. 화학/역사

  • 이 부분의 본문은 화학/역사 입니다. 화학사가 화학 공부에 중요한 만큼 중요한 부분만 여기 적고 나머지는 본문에 적어주세요.

화학이 그 정의상 실용적인 학문이라 인류는 아주 오래 전부터 화학과 관련된 기술을 익혔다. 나무를 태우고 그 불로 고기를 굽는 것까지도 넓게 보면 의도적으로 유용한 화학 반응을 일으키는 것이므로 정말로 역사가 깊다고 할 수 있다. 최소한 기원전 1000년 경에 이르면 세계 각지의 문명에서 여러 화학 관련 기술이 널리 활용되었으며 발전하였다. 예를 들면 야금술 및 금속 제련, 도자기 굽기, 식품 발효, 의약품과 화장품 추출, 정제, 제조, 식품 가공 등등.

그 역사를 살펴보면 기원전 1200년경에 메소포타미아에서 발견된 점토판에 여류 향수 제조자 겸 화학자가 등장한다.

중국에서는 오행설이 《서경》(書經)에 처음 언급되었으며 이후 전국시대를 거치며 상생설, 상극설이 더해지고 음양설과 합쳐졌으며, 특히 한대 이후에는 음양오행설로 정리되었다. 그러나 고대 그리스의 자연철학과는 반대로 구체적이고 유물론적인 이론이 후대로 갈수록 신비주의적, 관념적인 성격을 띠게 되었다.

한편, 이집트와 서아시아 등지에서는 청동기 등 금속 제련 기술의 발달 때문인지 고대부터 값싼 금속을 금으로 변환하려는 시도, 즉 연금술이 발달하기 시작했다. 물론 오늘날 기준으로는 말도 안되는 이론을 바탕으로. 당시에는 물질을 정제하는 것과 물질을 변환하는 것도 잘 구분되지 않았다.

그 후 고대 그리스 자연철학에서도 물질의 근본 요소와 변환에 대해 많은 논의가 이어졌는데, 탈레스, 아낙시만드로스, 아낙시메네스, 아리스토텔레스 등의 주장이 주로 알려져 있다. 현대의 관점에서 그나마 의미있는 주장은 데모크리토스의 에피쿠로스의 원자론이다. 단, 물질의 근본 단위가 어떤 입자라는 생각은 그리스에서만 나온 것은 아니고, 인도에서도 힌두교, 자이나교에서 거의 비슷한 주장을 한 바 있다. 일단은 아리스토텔레스의 이론이 고대 지중해 세계에서는 주류 이론이 되었지만, 원자론도 결코 잊혀진 상태는 아니었다.

FE3-Ibn-Butlan-FPO.jpg
[JPG image (85.94 KB)]

이후 8세기~13세기 이슬람 과학이 꽃필 시기에는 아랍, 페르시아의 화학자가 화학과 약학의 발전에 많은 공헌을 했다. [1] 그리스 과학을 단순히 이어받는 것을 넘어서 물질의 구성에 관한 새로운 이론이 추가되었고 여러 실험 기법이 정리되었다. 예를 들어, 냉각 코일이 이 시기의 페르시아 화학자인 이븐 시나의 발명품이다.

한편, 12세기 이후 무역과 전쟁을 통해 이슬람 과학의 성과가 이탈리아 등지로 조금씩 확산되었고 점차 유럽이 화학의 중심지로 자리잡았다. 1250년에는 분별 증류가 개발되었고, 16세기에는 파라셀수스가 의약 화학(iatrochemistry)를 발전시켰고 리바비우스가 최초의 화학 교과서를 저술하였다.

lavoisier_experimental_apparatus.gif
[GIF image (58.52 KB)]

17세기는 근대 화학의 태동기로, 화학 반응식이 쓰이기 시작했고 화학 실험이 더욱 정교해졌으며 많은 실험 결과가 축적되었다. 1661년에는 로버트 보일이 The Sceptical Chymist에서 화학과 연금술을 구분하고 원자, 분자, 화학 반응에 대한 개념을 정리하여 이 해로부터 근대 화학이 시작되었다 해도 과언이 아니다. 이후 17, 18, 19세기 내내 분리분석기술과 합성 방법, 화학 및 물리학 이론의 발전을 바탕으로 원소와 간단한 구조의 화합물이 수없이 발견되었고, 열화학과 기체에 대한 이론을 비롯해 이론적 배경도 비교적 튼실해졌다. 18세기 말 '근대 화학의 아버지'라는 별명이 붙은 앙투안 라부아지에는 정밀한 실험을 통해 연소가 산화 반응임을 증명하였고 질량 보존의 법칙원소의 개념을 정립하였으며 분석 화학과 화학 명명법의 발전에 기여하였다.

1803년, 존 돌턴이 근대적 원자설을 발표한 것 또한 화학 역사에서 중요한 이정표가 되었다. 하지만 돌턴이 최대 단순성의 법칙(rule of greatest simplicity)를 이용해 원자량을 추정하는 바람에 원자량을 결정하는 데 혼란이 많았다. 이어서 1811년에는 아메데오 아보가드로가 아보가드로의 원리와 분자설을 발표했다. 이 외에도 19세기에는 이성질체가 발견되고 화학 평형의 개념이 탄생했으며 생화학과 유기화학, 배위화학이 발전하였으며 주기율표가 작성되는 등 화학이 동시대의 다른 분야처럼 빠르게 발전하였다. 또, 19세기 중반 이후로는 1855에는 석유의 크래킹이 개발되고 1859-60년에는 키르히호프와 분젠에 의해 분광학이 화학 연구에 쓰이기 시작하고, 1862년에는 최초의 인공 플라스틱이 선을 보이는 등 화학이 의사와 약제사를 위한 학문에서 오늘날과 같이 기술과 산업의 근간이 되는 학문으로 자리잡기 시작하였다. 19세기 말에서 20세기 초의 기간은 물리화학이 태동한 시기로서, 1876년 깁스에 의해 화학 평형의 물리적 근원이 해명되었고 아레니우스가 전리설을 제창했으며, 화학반응속도론이 발전하였다.

modchem1.jpg
[JPG image (310.09 KB)]

20세기 이후에는 일어난 일이 너무 많아서 다 적기가 힘들지만, 1903년 크로마토그래피 기법이 개발되었으며, 무엇보다도, 1927년 양자역학이 비로소 개발됨과 동시에 라이너스 폴링 등에 의해 화학 결합과 분자의 전자기적 구조에 대한 이해가 놀라울 정도로 깊어졌다. 또, 자연에서 원소를 발견하는 것에서 원소를 인공적 합성하기 시작했다. 1945~6년에는 오늘날 화학에서 빠져서는 안되는 NMR이 발명되었으며, 1952년에는 페로센(ferrocene)의 구조가 밝혀지며 유기금속화학이 실질적으로 탄생하였다. 1953년에 DNA의 나선 구조 중 하나가 발견된 것을 시작으로, Na/K-ATPase, 미오글로빈 등 생체고분자의 구조와 반응에 대한 연구도 빠르게 진행되었다. 1966년에는 거울상 이성질체의 선택적 합성이 최초로 이루어졌다. 1970년대 이후로는 컴퓨터의 발전과 함께 계산화학이라는 새로운 분야가 태어났다.

3. 분야

화학의 전통적인 분류 방식은 물리화학, 유기화학, 무기화학, 분석화학의 네 분야로 나누는 것이지만, 20세기 이후 각 세부 분야의 내용이 깊어지고 응용이 넓어짐에 따라 오늘날에는 의미가 많이 사라졌다. 몇 가지 주요 분야를 들자면 아래와 같다.

3.1. 물리화학

Physical Chemistry


물리화학은 화학적 현상의 물리적 근원을 이해하는 것이 목표인 분야이다. 양자화학, 화학 통계열역학, 화학반응속도론, 분광학이 주된 분야이며, 고분자화학, 표면화학, 광화학, 고체화학, 물리유기화학, 생물리화학, 대기화학, 지구화학, 천체화학, 전기화학 역시 물리화학의 범주에 들어간다. 아주 비슷한 이름의 화학물리학이라는 분야가 있는데, 거의 같고 굳이 구분하자면 물리화학은 거시적인 성질에 더 주목하고 화학물리학은 미시적인 근원에 더 관심이 많는 것 정도가 차이라고 하지만... 사실은 화학자는 물리화학이란 이름을 좋아하고 물리학자는 화학물리학이란 이름을 좋아한다는 것 정도가 차이. [2][3]

화학 현상의 물리적 근원을 다룬다는 것은, 거시적으로 나타나는 물질의 현상을 원자, 전자, 분자, 에너지와 같은 물리학의 용어로서 설명한다는 뜻이다. 따라서 물질의 에너지 준위는 어떠한지(양자화학), 전자, 분자가 그러한 에너지 준위에 어떻게 분포해 있으며(통계역학), 그로 인해 화학 반응은 어떤 방향으로 일어나고(열역학), 또 그 속도와 메커니즘은 어떠한지(반응속도론)와 같은 질문이 물리화학이 근본적으로 답하고자 하는 물음이 되는 것은 자연스럽다. 그러나 물리화학이 단지 다른 화학 분야의 이론적 바탕을 제공하기 위해 존재하는 분야는 아니며, 오늘날 산업에서 쓰이는 수많은 소재와 촉매 개발을 촉진하여 인류 생활을 윤택하게 한 고마운 분야이다.

또, 다른 화학 분야가 다루는 대상에 의해 정의된다면 물리화학의 제 분야는 어떤 물리적 원리와 화학 연상을 연결지을 것인지에 의해 정의된다. 예컨대, 광화학은 전자기파와 물질의 상호작용을 연구하고, 열화학은 열과의 상호작용, 전기화학은 전류와의 상호작용, 방사화학은 방사선과 물질과의 상호작용, 기계화학은 역학적 변형이나 진동, 충격과의 상호작용을 연구한다.

어쨌거나, 다른 화학 분야의 기초가 되므로 화학이나 연관 분야를 전공한다면 열심히 공부해 둬야 한다. 어차피 화학을 전공한다면 두 학기, 아니 길게는 세 학기 동안 전공 필수로 들어야 할 것이니까 자동적으로 열심히 하게 될 것이다. 학점을 신경쓰지 않는다면 어떨까?

3.2. 유기화학

Organic Chemistry


natproduct.png
[PNG image (40.32 KB)]

크고 아름답다

유기화합물, 그러니까 탄소를 기반으로 한 화합물에 관한 화학이다. 그러나 어째서인지 정작 원소 상태의 탄소나 탄소를 포함한 합금 같은 것은 다루지 않는다. 또, 20세기 이후 유기합성에서 유기금속시약의 중요도가 많이 높아졌다. 근데 여긴 무기화학의 영역이라고 볼 수도 있다. 탄소-수소 결합을 기준으로 보자니 요소 같이 흔히 유기화합물로 여기는 것도 무기 화합물이 되어 버린다. 그냥 대학 유기화학 교재에 나오는 내용이 유기화학이라고 믿는 것이 가장 마음 편할 듯.

'유기(organic)'란 말은 과거 19세기에 생물을 구성하는 물질(대부분 탄소 화합물)과 나머지 무생물을 구성하는 물질 간에는 근본적인 차이가 있다는 활력론적인 인식의 흔적이다. 원래는 생명체 내에서 일어나는 물질 및 그의 화학 반응에 관한 학문, 즉 현재의 생화학에 가까운 학문이었으나 생명체 내의 물질이 생명체 밖에도 존재하며 사람이 합성할 수 있다는 것을 알게 된 이후로는 모든 탄소 화합물 및 유도체의 특성과 변환, 합성에 대한 학문이 되었다.

탄소를 중심으로 한 거니까 탄소 하나만 배우면 되어서 별 거 없겠지... 싶지만 하필 이 녀석이 주기율표상에서 딱 적절한 위치에 있어 탄소 원자들끼리, 혹은 다른 비금속 원소와 공유 결합을 이뤄 긴 체인을 형성하는 특별한 능력이 있다. 근처로 한 칸만 움직여서 규소나 질소만 봐도 오비탈이 너무 diffuse하거나 전기음성도가 너무 높아서 단일 원소만으로 안정한 체인 구조를 이룰 수 없다. 덕분에 탄소 하나만 기반으로 해서 온갖 화합물을 만들 수 있다. 거기다 지구상의 생물은 탄소의 이 특성을 참으로 효과적으로 활용해서 살아가고 있다.... 20세기 석유 화학과 고분자 화학, 생화학, 식품 화학 등의 발달에 크게 기여한 분야이다. 생물 분자의 대부분이 유기물이고 현재까지 연구된 생리 활성 물질도 대부분 유기물이므로 생물학, 약학, 의학에 대한 기초 학문의 역할을 한다. 따라서 화학 중에서 수요가 가장 많은 분야 중 하나이다. 유기 화학에서는 각각의 원소 보다 두서너 개의 원자가 공유 결합으로 연결된 기능적 단위인 작용기(functional group)가 중요하다.

3.3. 무기화학

Inorganic Chemistry

inorgchem.jpg
[JPG image (47.72 KB)]

유기화학에서 다루지 않는 화합물, 그러니까 각종 배위화합물과 이온성 화합물, 금속, 주족 원소 화합물 등 온갖 잡다한 내용을 다 포함한다.[4] 하지만 그중에서도 금속 원자나 이온에 유기 리간드가 배위한 형태의 화합물에 관한 화학인 배위화학 및 유기금속화학이 가장 널리 연구된다. 유기금속화학에서는 , 커플링반응을 많이 배운다.[5] 옥텟 규칙과 같은 고전적인 화학 법칙이 비교적 잘 적용되는 유기화학과 달리 무기화학에서 등장하는 원소의 반응을 정확히 기술하기 위해서는 현대 양자화학의 언어가 필요해서 유기화학에 비해서는 진입장벽이 높다.

다양한 무기 화합물을 특성에 따라 분류하는 일(Descriptive inorganic chemistry)과 이를 이론적으로 해석하는 일, 두 가지 과제가 있다. 배위화학, 유기금속화학, 고체화학, 생물무기화학 등의 하위 분야가 있으며, 지금은 거의 독립된 분야가 된 나노화학도 원래 이쪽에서 연구하던 주제 중 하나였다.

학부 과정에서는 앞부분에 군론을 포함하고 있어서 전에 양자화학이나 대수학을 충분히 공부하지 않았거나 이를 처음 보는 사람을 당황하게 하기도 한다.

3.4. 분석화학

Analytical Chemistry


혼합물을 물리적 특성[6]을 이용해 순물질로 분리하고 확인, 정량하는 일에 관한 화학이다. 정확한 측정, 정밀한 측정은 이 분야의 생명이다[7].

하는 일은 정성 분석과 정량 분석으로 나눌 수 있어서, 정성 분석은 '무엇이'를 알아내고 정량 분석은 '얼마나'를 알아낸다. 분리는 향후 분석을 위한 일종의 준비 단계이다. 저울과 뷰렛 등을 이용한 고전적인 분석 실험을 할 일도 있지만, 나노화학, 물리화학, 생화학 등 다른 분야와 연계하여 크로마토그래피, 분광분석, 질량분석, 전극, 현미경, 센서, lab-on-a-chip 등을 연구한다. 그뿐만 아니라, 새로운 실험 기법과 실험 설계 등 화학 실험 자체에 대해서도 다룬다. 분야의 특성상 기기에 대한 의존도가 특히 높다.[8] 물질의 정성, 정량 분석이 필요한 예는 무궁무진하게 많지만 특히 식품의약 분야와 환경, 재료공학, 법과학, 나노공학에서 항시 수요가 많다.

3.5. 생화학

Biochemistry


생물체에서 일어나는 화학 반응에 대해 연구하는 분야이다. 즉, 유전, 대사, 합성, 물질 수송, 신호 전달과 같은 생명 현상을 화학적으로 관찰하고 해석한다.[9] 생화학 책 목차에서도 알 수 있듯이, 오늘날에는 개별 분자 보다는 전체 시스템에 초점이 맞춰져 있다. 분자생물학이나 생물물리학, 유전학과도 관계가 깊다. 19세기 초까지는 유기화학과 구분하기 어려웠으나, 19세기에 효소가 발견되고 세포 내 화학 반응에 대한 연구가 진행되면서 20세기 초에 오면 독립된 분야로 거듭나게 된다. 이름이 아주 비슷한 화학생물학(Chemical biology)이라는 분야가 있다. 차이는 말하자면 생화학은 생물 안에 숨겨진 화학적 원리를 찾는다면 화학생물학은 화학을 도구로 생물을 연구하는 것. 생화학은 생명체 내에서 일어나는 화학 반응을 그대로 알아내는 것이 목표라면, 화학생물학은 인위적으로 생화학적인 환경을 만들고 이를 생물학 연구에 적용시키는 것이라고 할 수 있다. 둘 다 생물학과 화학의 경계에 걸쳐 있는 분야지만, (이름과는 반대로) 생화학은 생물학에, 화학생물학은 화학에 좀 더 가까운 편이다.[10]

3.6. 기타

이 외의 분야는 대체로 학부 과정 보다는 대학원에서 다뤄지는, 좀 더 전문적이고 세부적인 분야이다.
각 분야의 전문 지식이 있는 분이 내용을 더 알차게 해주시길 부탁드립니다.

  • 계산화학: 화학 문제에 대한 이론적 계산 모델을 세워서 컴퓨터를 이용해 계산해 답을 얻는다. 양자화학/반응동력학 계열과 통계역학 계열이 있다. 양자화학 계열에서는 분자의 입체구조, 에너지, 전자구조, 분광학적/광화학적 특성, 화학 반응의 양자 수준의 동역학과 메커니즘이 전통적인 연구 주제이며, 통계역학 계열에서는 용액 등 응집물질의 구조와 응축상에서의 반응속도론이 전통적인 연구 주제이다. 원래는 연구자가 밑바탕부터 코딩을 해야 했고 아직 그런 게 필요한 연구실도 있지만 특히 양자화학이나 molecular dynamics를 연구하는 경우 전문화된 상용 패키지를 사용하는 경우가 많다.
  • 고분자화학: 작고 반복적인 단위체가 대규모로 결합해 만들어진 거대 분자, 즉 고분자를 다루는 화학이다. 우리 몸을 이루는 생체 고분자를 비롯해, 플라스틱, 고무, 합성 섬유 등의 인공 고분자의 성질과 합성을 연구한다. 통계역학을 통한 이론적 해석이 중요하므로 물리화학과의 연관성이 높지만 대부분 유기 고분자가 산업에 응용되므로 유기화학과의 연관성도 높은 편이다. 화학 전문분야 중에서 산업에서의 수요가 특히 높은 분야 중 하나.
  • 광화학: 물질과 빛의 상호작용, 즉 빛의 흡수로 인해 일어나는 화학반응 혹은 화학반응으로 인한 발광 현상을 연구한다. 대표적인 광화학 반응이라면 광합성의 명반응과 반딧불이의 루시퍼레이즈 등에 의한 생물 발광 현상이 있다. 레이저를 사용한 연구를 할 일이 많다.
  • 기계화학(Mechanochemistry): 기계적인 변형과 화학 반응의 상호 작용을 연구하는 학문. 기계공학과 화학의 접점이다. 마찰이나 압력, 진동, 충격파가 있을 때 일어나는 화학 반응에 대한 연구, 분자 기계에 대한 연구 등을 포함한다.
  • 나노화학: 나노 수준의 길이, 단면적, 부피를 가진 물질을 합성하거나 그런 물질을 화학 반응에 사용하는 법을 연구하는 학문이다. 거시적인 물체와는 달리 나노 수준의 물질에서는 양자역학의 원리에 따라 전기적, 자기적, 광학적으로 특별한 성질이 나타나므로 향후 그 응용 면에서 주목받고 있다. 즉, 연구비를 받기 좋다.
  • 농업화학: 화학적 방법으로 토양과 환경을 보존하고, 농작물의 건강과 생산성을 향상시키며, 생산물을 일차적으로 처리하는 방법에 관해 연구하는 화학의 한 응용 분야.
  • 대기화학: 대기의 화학적 조성을 규명하고 대기 중의 화합물이 서로, 혹은 지권, 수권, 생물권과 어떻게 상호작용하는가를 연구하는 학문. 화학보다는 지구과학, 대기과학의 하위 분야로 취급된다.
  • 생물리화학: 생명 현상에 대한 물리화학적 해석을 추구하는 분야. 하지만 화학=분자물리학이라고 (잘못) 생각하는 물리학자들에 의해 대개는 생체 분자에 관한 생물물리학과 동의어로 쓰인다.
  • 유기금속화학: 공유결합성이 높은 금속-탄소 결합을 가지는 물질에 관한 학문이다. 유기금속화합물 중에 유기합성 반응 등을 효과적으로 촉매할 수 있는 물질이 여럿 발견되면서 특히 주목을 받은 분야이다.
  • 의약화학: 말 그대로 의약품을 만드는 화학이다. 여기서 말하는 약은 보통 저분자화합물에 국한되고, 백신이나 기타등등 생물적으로 만든것과는 다른것이다. 생리적 활성을 지니는 물질(보통 천연물)로 부터 비슷한 구조를 가지는 유도체를 합성하여 활성을 증가시킨다거나 독성을 감소시키거나 물리화학적 속성을 변화시키거나 하여 약처럼 만드는 것이다! 유기화학적 지식이 기본적으로 필요하고, 리셉터-리간드, 효소-기질 등의 약학, 생화학적지식이 필요하다.
  • 재료화학: 유용한 성질을 가지는 응집물질, 즉 재료 물질을 발견하고 합성, 처리, 응용하는 화학의 응용 분야이다. 다른 화학 분야에 비해 응집물질의 창발적, 통계적 성질이 많이 주목받는다는 특성이 있다.
  • 전기화학: 전류의 발생을 동반하는 형태로 구성되거나 설계된 모든 화학 반응 및 이에 관련된 기기에 대한 학문. 화학 전지, 전극, 부식, 전기분해 반응이 주로 등장한다. 산화 환원 반응을 이해하고 연구한는 데 꼭 필요하다. 화석 에너지 외에 대체 에너지원을 찾는 연구에서는 에너지를 주로 전기로 변환하고 저장하기 때문에 그런 연구에서 필수적이다. 또, 전위차를 측정하여 물질의 활동도를 정밀하게 측정할 수 있기 때문에 화학 분석에서도 매우 중요하다. 인체의 신경망 등 생물체에서도 전위차를 활용하므로 이와 관련된 응용도 꽤 있다. 대학교 학부 수준에서는 분석화학의 일부로 배운다.
  • 천연물화학: 생물로부터 얻을 수 있는 화합물, 특히 단백질이나 핵산 같은 고분자가 아닌, 이른바 small molecule의 분리와 합성에 관한 화학이다. 이런 화합물에 관한 연구는 그 생리적, 약학적 특성에 주목해서 이루어지는 경우가 많으나 그냥 복잡한 물질의 구조를 밝혀서 합성해보고자 하는 순수한 도전 정신에 의한 경우도 많다. 생화학은 생명 현상의 화학적 규명이 목표라면, 천연물화학에서는 천연물 분자 자체가 주인공이다.
  • 천체화학: 우주 공간이나 천체의 화학적 구성을 규명하고 또 그곳에서 일어나는 화학 반응을 연구하는 학문이다.
  • 초분자화학: 각종 분자 간 상호작용을 통해 자기조직화된 분자 복합체에 관한 화학. 자기조립, 주인-손님 복합체(Host-guest complex), 분자 매듭, 주형물질을 이용한 선택적 합성을 비롯해 분자 를 부품으로 분자 기계를 만드는 데까지 나아간 바 있다. 머릿속에서 레고 블록이나 끈 같은 걸 서로 엮어서 만든 뭔가를 구상한 다음 그걸 분자 수준에서 구체화한다고 생각하면 된다.
  • 펨토초화학(femtochemistry): 두 개의 아주 짧은 레이저 펄스(펌프, 프로브)를 펨토초 간격으로 내보내 화학 반응을 연구하는 펌프-프로브 분광법을 통해 마치 동영상을 찍듯이 실시간으로 화학 반응을 기록하고 연구하는 분야. 요새는 아토초(10^-18 초) 단위로도 내려가고 있다.
  • 표면화학: 고체를 비롯한 응집상의 표면에서 일어나는 화학 반응을 연구하는 분야. 특히 표면과 표면에 흡착된 화학종 간의, 또는 흡착된 화학종 간의 반응을 연구한다. 불균일 촉매 연구, 나노화학, 및 대기화학에서 중요한 부분을 차지한다.
  • 핵화학: 간단히 말해 방사성 동위원소에 대한 화학이다. 핵물리학처럼 근본 원리나 구조에 대해 파고드는 것 보다는 방사성 폐기물 보관과 재처리, 방사선이 생체 조직에 미치는 영향을 연구하는 등의 응용을 주로 목표로 삼는다. 틈새 시장을 노리는 거다. 방사능과 물질의 상호작용, 핵 붕괴 과정에서 나온, 고에너지 상태의 원자, 이온, 혹은 불안정한 동위원소의 화학 반응, 방사성 동위 원소를 통한 화학적 표지, 방사능 연대 측정법 등이 이 분야가 다루는 주요 내용이다.
  • 화학정보학: 정보과학 이론을 통해 화학 연구에 관련된 정보를 다루는 학문. 이른바 molecular mining.

4. 공학에 대한 영향

화공, 즉 화학공학(Chemical Engineering)과는 사실 역사적인 차이는 있다. 화학공학은 과학에서 분리된 공학적 부분이라기보다는 공학에서 분리된 화학적 문제를 다루는 것이기 때문이다. 커리큘럼이 점점 비슷해지고는 있지만 석유공학, (플라스틱 등의 수지를 다루는) 고분자공학이라든가, 열역학, 반응공학(process), 전달현상(flow) 등 플랜트(공장)를 다루는 부분은 아직도 화공과의 이니셔티브. 하지만 이런 전통적 분야에 대한 수요보다 다른 분야의 수요가 늘면서 이런 이니셔티브의 중요성이 조금씩 낮아지도 있다. 모 교수에 따르면 "얼마나 소주를 맛있게 만드느냐"가 화학과라면 "얼마나 소주를 싸고 많이 만드냐"가 화학공학과. 화공과는 경제성이 더 중요하다는 것을 강조하는 비유라고 알아두자. 생활화학과 석유화학의 차이라고 설명하는 경우도 있지만 사실 석유화학에 화공이 더 유리하다는 거지 더 절대적이진 않다. 보통 화공의 시작은 19세기 초중반에 시작되어 20세기에 정립되었다고 본다.

5. 대한민국의 화학 교육

대학에서 자연과학대학에 속해 있다. 남녀성비가 비교적 균형이 맞아서 1:1에 가까운 경우도 적지 않다. 한국에서는 여학생보다는 남학생이 수학이나 물리학을 더 친근하게 여기기 때문에 여학생들이 화학과나 생물학과로 몰려서 생기는 특성.

하지만 물리하고 거리가 먼 건 고등학교때까지고 일반화학, 물리화학을 듣다 보면 내가 실수로 물리학을 공부하고 있는 게 아닌지 의심될 정도로 물리와 가깝다. 그리고 대부분 졸업 요건에 이 과목 수료가 들어가기 때문에 화학과나 화학'생명'공학과 학생들 중에는 기대와는 다른 학습 내용에 좌절하는 경우도 있다.

최근에는 생물학과와 함께 진학이나 약학대학 편입을 최종적으로 노리는 사람들의 중간기착지 역할을 하고 있어 화학과는 물론 화학공학과까지 커트라인이 올라가는 추세.

5.1. 고등교육과정

5.2. 대학교육과정

일반적인 테크트리에 따라 배열되어 있다.
일반화학/실험
유기화학/실험 분석화학/실험 미분방정식
선형대수학
물리화학/실험 무기화학/실험
유기합성
고분자화학
생화학
기기분석/실험
분광분석
양자화학
분자분광학
생물유기화학
물리유기화학
유기금속화학
무기신소재화학

과학고 등에서 선행학습을 하지 않은 이상은 대학에서 화학, 특히 열역학이나 양자화학 분야를 배울 때 수학물리학 배경지식 요구량이 예상한 것보다 많아서 어려움을 겪는 학생들이 엄청나게 많다. 대체로 화학이 이게 다 생화학 때문이야 물리학보다는 생물학과 많이 연계되고 고등학교 수준에서까지 배우는 화학 또는 생물에서는 수학과 많이 연계시켜서 가르치지 않기 때문인 것 같다.[15] 1학년때 배우는 기초미적분+기초선대와 1학기 정도의 미방, 선대 수업에 점군 이론에 관한 공식 몇 개만 알면 학부과정을 끝마치는데는 문제가 없을 것이다. 물론 자연과학에서 수학은 많이 알수록 좋다.

6. 이 속성을 보유한 인물

성을 기준으로 가나다순.

6.1. 가상의 화학자들

물리학에 비해서 포스가 떨어지기 때문인지 드라마나 영화 등에서 레귤러 캐릭터로 묘사되는 일이 별로 없는듯. 불쌍해요 화학악역으로 나오는 경우 독극물에 환장한 캐릭터가 많다.

7. 관련 항목

----
  • [1] Chemistry as a science was almost created by the Muslims; for in this field, where the Greeks (so far as we know) were confined to industrial experience and vague hypothesis, the Saracens introduced precise observation, controlled experiment, and careful records. They invented and named the alembic (al-anbiq), chemically analyzed innumerable substances, composed lapidaries, distinguished alkalis and acids, investigated their affinities, studied and manufactured hundreds of drugs. Alchemy, which the Muslims inherited from Egypt, contributed to chemistry by a thousand incidental discoveries, and by its method, which was the most scientific of all medieval operations. (Will Durant, The Age of Faith, Simon & Schuster, 1980)
  • [2] 예를 들어, AIP나 arxiv에서는 화학물리학이라는 이름을 쓰지만 ACS에서는 물리화학이라는 용어를 쓴다. RCS는 절충안인지 뭔지 Physical Chemistry Chemical Physics, 흔히 PCCP라고 부르는 저널을 만든다.
  • [3] 근데 화학물리학 저널 편집자는 대개 화학자이다. 물리학에서 화학물리학은 하찮은 분야로 취급된다.
  • [4] 그래서서인지 다른 분야와는 달리 제대로 된 교과서도 몇 종 없다.
  • [5] 물론 학과에 따라 분량은 다를 수 있다. 유기화학에서 배우는 경우도 있다.
  • [6] 흡광도, 반응성, 전하, 전도도, 형광, 끓는점/녹는점, 용해도, 분자간 힘, 분자의 크기와 모양, 분자의 무게, 전자 밀도와 결정 구조...
  • [7] 여기서는 가끔은 물질의 무게를 잴 때 공기의 부력도 고려해서 재야 한다.
  • [8] 아마 계산화학 다음으로
  • [9] 펩타이드와 같은 생체 화합물이라고 해도 그것이 생체 내에서 가지는 화학적 성질에 관한 게 아니면 유기화학으로 쳐주는 경우가 많으며, 또 약물, 영양소, 독극물과 같은 비교적 인공적인 화합물도 그 생리적 활성에 관해서는 생화학에서 연구한다.
  • [10] 실제로 대학에서 생화학을 연구하는 교수는 생명과학과에, 화학생물학을 연구하는 교수는 화학과에 속하는 경우가 많다. 예를 들어 하버드의 경우 화학과 화학생물학이 '화학 및 화학생물학부'로 묶여있고, 생화학 관련 전공자는 '분자생물학 및 세포생물학부'에 속해있다.
  • [11] 물/화/지는 합쳐져 있어 딱히 어디라고 말할 수 없다(...)
  • [12] 2010학년도 고등학교 입학생까지 적용되었던 7차 화학 Ⅰ은 대부분의 대학교 화학과 학부생들과 화학 인강 강사들은 이걸 기술가정 II로 취급하지 절대 화학으로 인정하지 않았다. 이후 교육과정이 개편되면서 '이제서야 화학의 본 모습을 갖추었다'라는 평.
  • [13] 참고로 고급화학 앞 장을 펴보면 '고교와 대학일반화학과정 중간사이...'라고 다루는 범위 및 난이도를 적어놓았는데,,, 막상 보면 일반화학보다 더 어렵다. 일반화학 문제를 눈으로 풀 정도라도 고급화학 문제는 손으로도 못푼다. 하지만 과고에 입학하고 책만 받지 펴보는 일은 없기 때문에 큰 주목을 못 받는다. 화학 실험은 그래도 보고서를 써야 하기 때문에 자주 보게 되지만...
  • [14] 대학교 화학 과정을 미리 배운다지만, 난이도는 대한민국 교육과정의 화학 Ⅱ 보다 쉽거나 비슷한 수준. 다만 원자오비탈이 아닌 분자오비탈을 다루게 되면 얘기가 약간이나마 달라진다.
  • [15] 그러나 일종의 응용물리학이라고도 볼 수 있는 화학이 수학이나 이론물리 없이 성립할 수 없고, 오늘날에는 생물 연구에도 수학이 점차 많이 활용되고 있다. 괜히 생명과학을 위한 수학이라는 책이 있는 게 아니다.
  • [16] 우리가 아는 전 영국 총리 맞다.
  • [17] 아니, 정말로.


최종 확인 버전:

cc by-nc-sa 2.0 kr

Supported by Veda

엔하위키 미러는 리그베다 위키의 컨텐츠를 빠르고 안정적으로 보여주기 위한 사이트입니다. (자세히 알아보기)