20세기의 위대한 발견 - 화학

목차

1. 산소의 발견

2. 원자설

3. 분자설

4. 요소의 합성

5. 화학구조식

6. 주기율표

7. 전기분해

8. 원소의 불꽃반응

9. 전자

10. 화학결합

11. 방사선

12. 플라스틱

13. 풀러렌(탄소나노튜브)

본문내용

히 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 예를 들어 방사선이 생물의 생식세포에 작용하면 과도한 돌연변이가 일어나서 기형이 나올 확률이 높아지게 되며, 성체에 작용하면 세포가 죽거나 암이 발생하기도 한다. 특히 2차 세계 대전 말기에 사용된 원자폭탄에 의한 피폭이나, 체르노빌 원자력 발전소 사고 등이 그 예이다.
12. 플라스틱
가소성(可塑性:plasticity) 물질 또는 플라스틱스라고도 한다. 천연수지와 합성수지(synthetic resin)로 크게 구별되며, 보통 플라스틱이라고 하면 합성수지를 가리킨다. 플라스틱은 최종적인 고형(固形)이며 분자량이 많은 것이 되지만, 거기에 이르는 제조공정의 어떤 단계에서 유동성을 가지며, 이 때 성형이 이루어지는 것이라야 한다.
또 원칙적으로는 유기화합물로서 고분자화합물이 될 수 있는 것이지만, 이러한 것을 본질적 성분으로 하는 재료 전반을 포함해서 플라스틱이라고 한다. 1868년 미국 J.W.하이엇이 상아로 된 당구공의 대용품으로 발명한 셀룰로이드가 세계 최초의 플라스틱이다. 그 후 L.H.베이클랜드가 1909년 발명한 페놀포르말린 수지(베이클라이트)가 이를 대체하였으며, 이것이 외관상 송진(resin)과 비슷했기 때문에 일반적으로 합성수지라고 하였고, 이런 연유로 그 후 인조재료를 합성수지라고 하게 되었다.
그러나 천연수지와 다른 인조재료가 많이 출현함에 따라 점차 그리스어인 플라스티코스(plastikos:성형하기 알맞다는 뜻)에서 유래하는 플라스틱이라는 이름으로 불렸다. 플라스틱은 일반적으로 두 그룹으로 크게 구별된다. 하나는 고분자로서 가열에 의해서 유동성을 가지게 되어 성형이 되는 열가소성 플라스틱(열가소성수지)이고, 또 하나는 저분자이지만 형(型) 속에서 가열·가압되는 동안에 유동성을 가지고 화학반응에 의해서 고분자화되어 그 후 가열해도 유동성을 가지지 않는 열경화성 플라스틱(열경화성수지)이다. 플라스틱은 고분자 형태에 따라 대별할 수도 있다. 합성고분자 화합물로 사용되는 것에 합성섬유를 포함하는 화학섬유 및 고무가 있으며 선상고분자(線狀高分子)는 섬유·플라스틱·고무로 된다. 또 분자와 분자가 서로 끌어당기는 힘은 고무가 가장 약하고 섬유가 가장 강하다.
13. 풀러렌(탄소나노튜브)
과학자들이 흑연 조각에 레이저를 쏘았을 때 남아 있는 그을음에서 발견한, 완전히 새로운 물질이다. 주로 탄소 원소 60개가 축구공 모양으로 결합하여 생긴 탄소의 크러스터 C60을 말한다. 12개의 5원환(員環)과 20개의 6원환으로 이루어져 있으며, 각각의 5원환에는 5개의 6원환이 인접해 있다.
지름 약 1nm인 '나노의 축구공'을 형성하는데, 풀러렌이라는 명칭은 이 구조와 같은 모양의 돔을 설계한 미국의 건축가 B. 풀러(B. Fuller:1895~1983)의 이름에서 유래한 것이다. '버키 볼(Bucky ball)'이라는 별칭으로도 불리는데, 이것 역시 그의 이름에서 따온 것이다.
1990년 W. 크래치머 등이 훗날 아크법으로 발전하는 플러렌의 생성법을 발견한 이래 이에 대한 연구가 활발해졌다. 압력 약 50~600토르의 헬륨 가스 안에서 흑연을 전극으로 하여 아크방전을 하여 생성한 주석의 유기용매(벤젠, 톨루엔 등) 추출로 얻어진다. 이 때 럭비공 모양의 C70이나, 소량이기는 하지만 보다 사이즈가 큰 C76, C78, C82, C90, C94, C96과 같은 고차(高次) 풀러렌도 생성된다.
풀러렌(C60)을 원료로 하여 2개가 연결된 모양의 2량체(量體:C120)나 풀러렌폴리머((-C60-)n)도 합성되고 있는데, 이것은 가열을 하면 원래의 C60으로 되돌아간다. 최근 알칼리금속을 도입한 금속풀러렌이 종래의 유기물 초전도체보다 높은 온도에서 초전도성을 나타내서 주목을 받고 있다.
또한 C60에는 지름 0.4nm(0.4×10-9m)의 공간이 있고, 고차 풀러렌에서는 보다 큰 공간이 있기 때문에 금속내포 풀러렌도 만들 수 있다. 이것은 금속원자를 혼합한 흑연을 전극으로 하여 아크방전했을 때에 생성되는 것이다.
기름에 녹는 성질을 이용하여 풀러렌을 수지에 첨가해서 내구성이나 내열성을 높이거나 정전기의 제거, 잡음 필터로의 응용이 시도되고 있다. 이것을 이용해서 단단하고 날카로운 절삭 도구나 아주 단단한 플라스틱을 만드는 연구도 진행 중이다.
탄소나노튜브
1991년 일본전기회사(NEC) 부설 연구소의 이지마 스미오[飯島澄男] 박사가 전기방전법을 사용하여 흑연의 음극상에 형성시킨 탄소덩어리를 분석하는 과정에서 발견하였다. 형태는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있다. 관의 지름이 수∼수십 나노미터에 불과하여 탄소나노튜브라고 일컬어지게 되었다. 나노미터는 10억 분의 1m로 보통 머리카락의 10만 분의 1 굵기이다.
전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 탄소섬유는 1％만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15％가 변형되어도 견딜 수 있다.
이 물질이 발견된 이후 과학자들은 합성과 응용에 심혈을 기울여왔는데, 반도체와 평판 디스플레이, 배터리, 초강력 섬유, 생체 센서, 텔레비전 브라운관 등 탄소나노튜브를 이용한 장치가 수없이 개발되고 있으며, 나노 크기의 물질을 집어 옮길 수 있는 나노집게로도 활용되고 있다.
결 론
20세기의 위대한 발견에 나왔던 화학에 관련된 발견 13가지를 조사해 보았다. 화학은 물질의 원리를 설명해주는 학문이고, 원자, 전자에서부터 오늘날의 플라스틱과 탄소나노튜브까지 사람들은 계속 새로운 발견을 하고 그것을 발전시켜 왔다. 이러한 발전이 있었기에 오늘날의 우리들이 존재하는 것이라고 생각한다. 화학을 비롯한 과학들의 중요성을 생각하고, 앞으로도 더 많은 연구와 발전으로 미래에는 더욱더 놀라운 발견들이 계속되어 더 편리하고 살기 좋은 세상이 되기를 기대해본다.
- 참고문헌 -
두산 EnCyber 백과사전 (http://www.encyber.com)
브리태니커 백과사전 (http://www.britannica.co.kr)
네이버 벡과사전 (http://100.naver.com)

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산소,   원자,   주기율,   방사선,   풀러렌,   전기분해,   화학구조,   위대한 발견