원자번호가 같다면 원소는 모두 같은 것이라 여길 수 있지만, 그 중에서도 화학적 성질이 다른 것을 바로 동위원소라 합니다. 보통 탄소의 방사성 동위원소로 유물이나 토양의 연대를 측정하는 것은 알고 있을 거에요. 동위원소는 암석이나 광물, 화석의 연대를 측정하는 데 쓰이기도 하지만, 방사성 동위원소는 의료와 생명과학 분야에서도 크게 활약하고 있답니다. 동위원소에 대해 알아보겠습니다. ◆원자 번호는 같지만 질량 수가 다른 동위원소 동위원소(同位元素·Isotope)는 원자 번호가 같아 화학적 성질은 같지만 중성자 수가 달라 질량의 수가 차이 나는데요. 원소의 화학적 성질은 양성자와 전자의 수에 의해 결정되는데, 이러한 이유로 동위원소의 화학적인 성질은 원래와 같습니다. 하지만 물리적 성질은 다릅니다. 이는 중성자의 수가 달라 질량의 차이가 발생하기 때문인데요. 따라서 동위 원소는 물리적으로는 다른 성질을 가진다고 할 수 있습니다. ◆같은 원소인데 물리적 성질은 다르다? 영국 옥스퍼드대 프레더릭 소디 교수는 1913년 특정 원소에선 원자량은 다르지만 화학적으로 구별할 수도 없고 분리되지도 않는 형태가 존재한다는 것을 밝혀내고, 이를 동위원소라 명명했습니다. 원자 번호가 1번인 수소는 99.9% 이상이 질량 수 1이지만, 0.015% 정도는 질량 수가 2인 중소수이며, 나머지는 질량 수 3인 삼중수소로 존재합니다. 천연 원소 90여종에는 약 300여종의 동위원소가 있으며, 주석(Sn)은 무려 동위원소 10개를 가지고 있습니다. ◆동위원소 부서지거나 부서지지 않거나~ 자연에 존재하는 원소는 대부분 방사선을 내는 동위원소가 있는데요. 원소는 시간이 지나면 저절로 부서져 다른 원소로 바뀌기도 합니다. 이때 방사선을 방출하면서 부서지는데, 이를 방사성 동위원소라 합니다. 반면에 부서지지 않는 것은 ‘안정 동위원소’라 합니다. 300여종의 원소 중 약 80개 만이 안정 동위원소가 있으며, 대표적으로 주석과 제논, 루테늄, 바륨, 수은 등이 있습니다. ◆방사선을 방출하는 방사성 동위원소 방사성 동위원소는 이렇게 자연적으로 만들어지기도 하고 인공적으로 합성되기도 합니다. 원소 종류에 따라 부서지는 방식이 다르고, 어떤 방사선을 쪼이느냐에 따라 특유의 에너지를 갖기 때문에 검출기를 이용한다면 방사성 동위원소의 종류와 양을 알 수 있습니다. 이러한 방사성 동위원소는 방사선이 물질을 투과할 때 일으키는 작용이 다르다는 특성을 이용해 의학과 농학, 공학 등의 연구에 사용되고 있습니다. ◆방사성 폐기물………로 5700년 쓰는 다이아몬드 전지 개발 방사성 폐기물은 오염 물질이지만, 그 안에 존재하는 방사성 동위원소는 활용할 수 있는 곳이 무궁무진합니다. 영국 브리스톨대는 폐기물에 존재하는 방사성 동위원소 탄소 14(C-14·반감기 약 5700년)를 이용해 수천년간 활용할 수 있는 초장기 원자력 전지에 대해 보고한 바 있습니다. 이 기술은 방사성 물질을 인공 다이아몬드로 캡슐화하는 것인데요. 기존 전지와 비교했을 때 전력은 다소 떨어지지만, 수명의 50%를 소모하려면 5730년이 걸린다고 합니다. 연구팀은 현재 버클리 원자력 발전소의 방사성 폐기물을 재활용하고 다이아몬드 전지를 만드는 방안을 계획 중이라고 합니다. 이렇게 폐기물에 존재하는 방사성 동위원소를 분리 추출하면 의료용 전원이나 우주탐사, 국방 분야 등에 이용할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. ◆생명과학부터 전기 생산까지…동위원소의 활약 방사성 동위원소는 컴퓨터단층촬영(CT)이나 양전자방출단층촬영(PET) 등 방사선 진단기구와 항암치료, 의료기구 소독 등의 분야와 식물의 광합성 과정을 추적하거나 다른 원소를 사용하여 DNA의 합성 및 수송 과정을 추적하는 등 생명과학 분야에서도 쓰이고 있습니다. 뿐만 아니라 방사성 동위원소가 붕괴할 때 발행하는 열은 원자력 발전에도 활용되고 있습니다. 우리 생활에서 없어서는 안 될 동위원소의 미래를 지켜봐 주세요. 한화솔루션 블로거

최근 스마트 기기는 점점 얇고 가벼워지고 있으며, 접거나 구부리는 등 다양한 형태로 진화하고 있습니다. 이에 얇고 가벼우면서 형태까지 변화할 수 있는 ‘종이 배터리’ 역시 관심을 받고 있습니다. 종이 배터리의 주재료는 나무를 구성하고 있는 셀룰로오스로, 자연에서 분해될 수 있다는 점에서 친환경 제품으로 각광받고 있습니다. 오늘은 차세대 미래형 상품으로 떠오르고 있는 종이 배터리에 대해 알아보겠습니다. ◆세계 최초 종이 리튬 이온 전지 2007년 미국 폴리테크닉대 연구진이 검은색 탄소 나노튜브를 입힌 종이 배터리를 내놓은 데 이어 2009년 스탠퍼드대 연구팀이 코팅 방법을 단순화해 내놓은 적이 있지만, 모두 전기 흐름이 원활하지 않아 활용이 어려웠습니다. 2004년 국립산림과학원과 울산과학기술대(UNIST) 연구팀이 함께 셀룰로오스로 만든 종이 분리막과 전극을 이용해 휘어지는 배터리를 개발하는 데 성공했습니다. 셀룰로오스를 나노 크기로 잘게 쪼갠 뒤 리튬 이온의 양극(+)과 음극(-) 사이 형성되는 분리막을 아주 작게 개발했습니다. 분리막의 양쪽면에 각각 양극과 음극 역할을 할 수 있는 물질을 입힌 것입니다. ◆종이 위에 연필로 그려 만드는 ‘아연-공기 배터리’ 밖에서 당장 휴대전화 충전이 필요한데, 가방 속에 있는 건 종이와 연필뿐이라면? 이 종이와 연필만으로 배터리가 만드는 기술이 개발됐습니다. UNIST는 2018년 연필심을 전지의 양극으로 사용하는 ‘아연-공기 배터리’를 개발했는데요. 종이에 연필로 그림을 그리면 배터리가 만들어지는 방식입니다. 금속이 공기 중 산소와 만나 산화되는 현상을 이용한 이 기술은, 탄소가 많은 연필을 양극 재료로 선택하고, 잉크 형태의 아연을 음극 물질로 개발해 종이 위에 펜처럼 쓸 수 있게 하였습니다. 즉 종이 위에 잉크로 그림을 그리면 전압 1.2V의 배터리가 만들어지는 것입니다. ◆박테리아로 전기가 공급되는 종이 배터리 미국 뉴욕주립대 연구진은 2018년 박테리아로 구동되는 종이 배터리를 개발했습니다. 종이 표면에 얇은 금속 및 기타 물질을 인쇄해 배터리를 만든 뒤 동결 건조된 ‘전자방출균’(exoelectrogen)을 종이 위에 올려놓은 것입니다. 전자방충균은 세포 외부로 전자를 전달하는 특이한 종류의 박테리아입니다. 박테리아가 호흡을 하며 스스로 에너지를 만들어낼 때 발생한 전자가 세포막을 통과해 외부 전극과 접촉, 배터리에 전원을 공급하게 됩니다. ◆흙 속에서 분해되는 생분해 종이 배터리 최근 싱가포르 난양공대 연구진은 흙 속에 묻으면 한달 안에 생분해되는 배터리를 개발해 주목받고 있습니다. 이는 셀룰로오스를 함유한 종이에 고분자 물질인 하이드로젤을 바른 뒤 양면에 전극을 인쇄하여 만들어졌습니다. 이 배터리는 흙 속에 묻으면 한달 안에 미생물에 의해 완전히 생분해되는 것이 특징인데, 음극에 쓰이는 니켈이나 망간은 천연 광물에 가까운 형태로 남고 양극에 들어가는 아연은 자연적으로 산화된다고 합니다. 두께는 사람 머리카락 두배 정도인 약 0.4㎜로 얇으며, 향후 스마트폰 등 휴대용 모바일 기기에 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 종이 배터리는 점점 작아지고 가벼워지는 모바일 디바이스의 무게를 획기적으로 줄여줄 수 있습니다. 무엇보다 자연에서 분해되는 소재로 만들어지기 때문에 친환경적이라는 장점을 지니고 있습니다. 첨단 기술과는 멀게 느껴졌던 종이라는 소재가 이제 자연을 생각한 미래 소재로 각광받고 있습니다. 한화솔루션 블로거

최근 영하 10도 안팎의 강추위가 계속되면서 난방용품도 더불어 불티나게 판매되고 있다고 합니다. 난방기를 가동하면 전기료 부담이 커지는 탓에 ‘뽁뽁이’를 창문에 붙이거나 문풍지로 문틈을 막는 등 비용을 절감할 수 있는 방법이 인기입니다. 여름철에는 태양열을 외부로 배출하는 열복사 원리를 이용한 ‘쿨 루프’가 주목받았는데요. 지붕에 흰색 페인트만 발라도 냉방효과를 얻을 수 있기 때문에 전기 소비를 절감할 수 있습니다. 그렇다면 쿨 루프처럼 바르기만 해도 난방 효과를 주는 기술은 없을까요? 오늘은 전기 없이 난방할 수 있는 단열 도료 및 코팅 기술을 소개하겠습니다. ◆열 흐름을 차단하는 단열 도료 단열 도료는 페인트에 세라믹 성분을 첨가해 만듭니다. 세라믹 단열 도료는 입력 약 30~50미크론(1미크론은 1000만분의 1m)의 세라믹 분말과 더불어 라텍스, 아크릴, 수레탄 수지 등의 결합제 등이 50~80% 구성돼 있습니다. 탁구공처럼 가운데가 비어 있는 미세한 구형의 세라믹 안료는 페인트 사이에 공기 단열층을 형성해 열이 밖으로 빠져나가지 않도록 합니다. 또한 방수와 방음 등의 기능이 더해져 겨울철 결로현상을 막고 난방비를 절약할 수 있는 방법으로 주목받고 있습니다. ◆유리에 붙이는 세라믹 단열 필름 유리창이 많은 집에는 세라믹 단열 필름을 활용할 수 있습니다. 유리창에 단열 코팅 필름을 붙이기만 하면 여름철에는 상당량의 적외선을 반사해 실내 온도 상승을 억제해주고, 겨울에는 실내 난방열을 외부로 빠져나가지 않게 해주어 냉·난방비를 절감할 수 있습니다. 시공도 간단해 설치비용도 낮다는 것도 장점입니다. ◆스마트 냉난방 코팅 소재 TARC 지난 12월 미국 로런스 버클리 국립연구소는 자동으로 여름에는 시원하게, 겨울에는 따뜻하게 실내 온도를 각각 유지해주는 ‘스마트 냉난방 코팅’ 소재를 개발했다고 밝혔습니다. 이는 TARC라는 소재로, 온도 적응 열 방출 코팅(temperature-adaptive radiative coating)을 의미합니다. TART의 핵심 물질은 바로‘이산화바나듐(vanadium dioxide)이라는 금속으로, 이 물질은 섭씨 약 67도를 기점으로 낮은 온도에서는 적외선 열복사를 차단하고, 높은 온도에서는 외부로 열을 방출합니다. 실제 지붕 위에 설치하여 실험한 결과 일반 가정에서 최대 10%까지 전기를 절약할 수 있다고 합니다. 연구팀은 지붕뿐만 아니라, 스마트폰과 노트북 배터리 수명을 늘려줄 열 및 자동차 보호소재, 모자와 재킷 등에도 적용할 수 있을 것으로 내다보고 있습니다. 여름 및 겨울철에 냉난방 기계를 가동하면 전기료는 물론, 탄소 배출 또한 증가해 환경에도 영향을 미칩니다. 단열 도료와 코팅제를 이용한다면 전기료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경도 보호할 수 있어 일석이조죠. 올겨울 보일러 온도를 높이는 대신 창문이나 벽의 단열을 보완해보는 건 어떨까요? 한화솔루션 블로거

어린 시절 거울을 보며 책받침을 문질러 떠오르는 머리카락을 보며 신기해했던 경험이 한번쯤을 있을 것입니다. 또 스웨터를 벗으면 ‘불꽃놀이’처럼 터지듯 들려오는 소리에 불쾌함을 느끼기도 하는데요. 이 모든 것은 모두가 알고 있듯 정전기 때문입니다. 특히 겨울철에는 물건을 만지는 것이 두려울 정도로 정전기가 자주 발생을 하는데요. 여러분은 어떻게 대처하시나요? 당연한 자연현상으로 여기고 무심코 지나가는 분이나 예방하기 위해 각종 방법을 동원하시는 분도 있을 테고, 또 어떤 이들은 정전기를 활용할 수 있는 방법을 찾기 위해 연구하기도 할 텐데요. 순간의 찌릿함과 불쾌함으로 피하고 싶어지게 하는 정전기! 자세히 알아보겠습니다. ◆겨울이면 찾아오는 정전기 추운 겨울 자동차 문을 열거나 스웨터를 벗을 때, 나아가 연인의 손을 잡는 것도 두렵게 하는 정전기! 먼저 발생 원인을 알아볼까요? 정전기는 문자 그래도 흐르지 않고 멈춰있는 전기입니다. 이와 반대로 우리가 일반적으로 알고 있는 전기는 ‘흐르는 동전기’라고 보면 됩니다. 정전기가 생기는 이유는 마찰 때문입니다. 우리가 일반적으로 알고 있듯 물체를 이루는 원자 주변에 전자가 돌고 있는데요. 이들 전자는 마찰을 통해 다른 물체로 이동하기도 합니다. 이렇게 마찰로 전자를 주고받는 과정에서 생긴 전기가 일정 수준 이상 축적되어 유도체에 닿는 순간 우리는 정전기를 경험하게 되는 것입니다. 그렇다면 정전기는 왜 겨울에 자주 발생하는 것일까요? 그것은 습도와 관련이 있는데요. 여름과 같이 습도가 높은 계절에는 공기 중 수증기에 의해 정전기가 쉽게 방전이 되지만, 겨울에는 습도가 낮은 탓에 방전되지 않고 몸에 축적되기 때문에 쉽게 일어나는 것입니다. 이와 같은 원리로 촉촉한 피부를 가진 이보다 건조한 사람에게 정전기가 더 많이 일어나는 것입니다. ◆정전기를 활용한 생활용품 순간순간 전해지는 찌릿한 느낌과 머리카락에 남아있는 왠지 모를 불쾌감으로 정전기는 피하고만 싶어지는데요. 우리 주변에서 정전기를 이용한 유용한 제품이 많이 있습니다. 가장 쉽게 접할 수 있는 제품은 바로 먼지떨이개(사진)입니다. 천장에 매달려있는 전등이나 좁은 창문 틈, 조그만 장식품 등에 쌓여있는 먼지는 여간 치우기 어려운 것이 아닌데요. 먼지떨이개가 한번 지나가면 먼지는 순식간에 사라집니다. 이런 먼지떨이개(사진)에도 석유화학 기술이 숨어있는데요. 앞에서 알아본 것처럼 정전기는 전하를 쉽게 잃는 물질과 전하를 쉽게 얻는 물질이 마찰을 일으켰을 때 발생하는데요. 전하를 쉽게 얻는 물질에는 폴리에스테르와 폴리스티렌, PVC, 테프론 등이 있습니다. 반대로 전하를 쉽게 잃는 물질로는 유리와 머리카락, 울, 모피 등이 있는데요. 먼지떨이개는 폴리에스테르로 만들어져 있습니다. 그래서 사용하기 전에 이불이나 카펫 등에 문질러 정전기를 발생시켜야 합니다. 혹시 집에 있는 먼지떨이개로 청소가 잘 안 된다면 쓰기 전 카펫에 문질러주세요! ◆정전기로 만든 포스트잇 알록달록한 색상으로 중요한 메모를 눈에 확 띄게 해주는 사무용품이 있습니다. 바로 포스트잇(사진)인데요. 포스트잇의 최대 장점은 여러번 활용할 수 있다는 것입니다. 그러나 반복적으로 사용하면 접착력이 떨어집니다. 그리고 벽돌과 같은 곳에 잘 붙지 않는데요. 정전기를 이용한 포스트잇이 있다면 어떨까요? 마그네틱 노트라고 불리는 메모지는 정전기를 활용한 메모지인데요. 풀과 자석, 압정 등 어떠한 접착 도구 없이도 유리나 금속, 가죽, 종이, 벽돌 등 원하는 곳은 어디에든 붙일 수 있습니다. 물론 몇번이고 재사용할 수 있으며, 심지어 수성 마커로 썼다 지웠다를 반복할 수 있어 포스트잇과 달리 반영구적으로 활용할 수 있습니다. 또한 다양한 색상 중 골라 중요한 메모를 남길 수도 있으며, 포스트잇과 달리 투명 제품도 나오기 때문에 모니터나 책과 같이 메모지 뒤 내용이 보여야 하는 곳에서도 유용하게 쓰일 수 있습니다. 직접 눈으로 확인해도 신기한 마그네틱 노트에도 석유화학 기술이 숨어있습니다. 바로 폴리프로필렌인데요. 폴리프로필렌은 석유화학 공장에서 나프타를 분해할 때 에틸렌과 함께 생깁니다. 폴리프로필렌은 탄소와 수소만으로 이뤄져 있어 전기적 성질이 우수하며, 폴리에틸렌, PVC, 폴리스타이렌과 함께 4대 범용수지 중 하나입니다. 또한 비용도 저렴하고 친환경 소재로 환경적인 측면으로도 우수한 소재로 인정받고 있는데요. 포장용 필름이나 섬유, 의류, 파이프, 완구, 생활용품 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. ◆정전기 예방법 피부가 연약한 이들에게는 지속적인 정전기에 가려움으로 긁다 보면 염증이 생길 가능성도 있습니다. 그렇기 때문에 정전기를 피하는 것이 좋을 텐데요. 방법은 생각보다 간단합니다. 앞에서 알아본 정전기 발생 원인을 줄이면 되는데요. 가장 먼저 젖은 빨래나 화분, 가습기 등을 통해 실내 습도를 50~60%로 유지합니다. 그리고 피부가 건조하면 쉽게 정전기가 발생할 수 있으니 항상 보습에 신경을 써줍니다. 또한 금속 물체를 잡아야 할 때는 바로 하지 말고 금속 재질 물질로 먼저 건드려주거나 손에 입김을 분 뒤 만지는 것도 도움이 됩니다. 그리고 겨울철 가장 빈번하게 일어나는 의류에 의한 정전기는 니트 안에 순면이나 천연소재로 된 옷을 입어 마찰을 최대한 줄여주면 좋습니다. 지금까지 겨울철 우리 주변에서 쉽게 경험할 수 있는 정전기에 대해 알아보았습니다. 정전기는 일반적으로 불쾌함을 주는 것이라고만 여겨지지만, 앞에서 알아본 것처럼 먼지떨이나 메모지에 활용되면서 우리 생활을 조금 더 편리하게 만들어도 줍니다. 이처럼 정전기의 간단한 원리만 알면 불쾌함을 피하면서 생활에 유용하게 사용할 수 있는데요. 여러분도 이제는 정전기에 대한 두려움보다 앞에서 알려준 정보를 통해 생활에서 다양하게 이용해보기 바랍니다. 한화솔루션 블로거

오늘 알아볼 화학용어는 바로 열가소성과 열경화성입니다. 두가지는 평소 잘 들어보기 힘든 용어지만, 우리가 사용하고 있는 플라스틱 소재 대부분의 특성을 의미하는 단어입니다. 중요한 것은 두단어 앞에 ‘열’이라는 접두어가 붙는다는 점입니다. 이 두가지 특성의 차이는 열을 가할 때 발생합니다. 열가소성을 가졌다면 녹으면서 부드러워지는 반면, 열경화성은 딱딱하게 굳는다는 것이 특징입니다. 플라스틱 특성을 구분하는 열가소성과 열경화성은 이밖에 어떤 특징을 지니고 있으며, 각각의 플라스틱 종류는 무엇이 있는지 알아보겠습니다. ◆열가소성이란? 열가소성(熱可塑性·thermoplasticity)이란 말은 그리스어로 ‘열’을 의미하는 ‘thermos’와 ‘형성하다’, ‘만들다’라는 뜻인 ‘plasso’가 합쳐졌습니다. 실제로 열가소성 제품은 열에 의해 부드러워지고 쉽게 녹으며, 냉각 후 단단해집니다. 따라서 열가소성 플라스틱은 고온으로 가열하면 다른 형태의 제품으로 만들 수 있어 재활용할 수 있습니다. ◆열경화성이란? 열경화성(熱硬化性·Thermoset)은 열을 가하면 경화하는 성질을 의미합니다. 열경화성 수지는 어떤 용매에도 녹지 않으며 가열해도 용융하지 않을 뿐만 아니라, 더욱 강하게 가열하면 열분해됩니다. 따라서 단순 압축 성형이나 와인딩과 같은 방식의 공정이 필요합니다. ◆열가소성과 열경화성 특징 비교 열가소성 플라스틱은 강도가 높고 유연하며 수축에도 강한 반면, 열경화성은 내열성과 내화학성이 뛰어나고 기계적으로 쉽게 변형되지 않는 특징을 지니고 있습니다. 가공방법에서도 열가소성 플라스틱은 열을 가한 상태에서 압출과 사출, 진공성형 등 다양한 방법을 쓸 수 있습니다. 열경화성 플라스틱도 열을 가한 상태에서 가공이 진행되지만, 액체 상태의 원료를 이용해 만들어집니다. 또한 열경화성 플라스틱을 원하는 모양으로 만들기 위해서는 경화제, 가소제나 촉매, 억제제 등이 필요합니다. ◆열가소성 플라스틱 종류 열가소성 플라스틱에는 대표적으로 비닐이나 각종 용기를 만드는 폴리에틸렌(PE)과 파이프, 비닐장판, 합성가죽, 창호에 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 자동차 부품과 전자기기, 용기를 만드는 폴리프로필렌(PP), 그리고 스티로폼으로 잘 알고 있는 폴리스티렌(PS), 엔지니어링 플라스틱으로 잘 알려진 폴리카보네이트(PC), 페트병으로 익숙한 페트(PET) 등이 있습니다. ◆열경화성 플라스틱 종류 열경화성 플라스틱에는 대표적으로 바닥재나 접착제로 쓰이는 에폭시, 고무 탄성이 우수해 합성 피혁과 접착제, 자동차 부품 및 건축재로 쓰이는 폴리우레탄(PU), 내열성이 우수해 소켓, 플러그 등 전기전자 부품으로 이용되는 페놀 수지(Phenolic resin) 등이 있습니다. 화학용어로만 알고 있던 열가소성·열경화성 플라스틱이 우리 생활에서 어떻게 활용되는지 알고 나니 좀 더 친근하게 느껴지지 않는가요? 한화솔루션 블로거

오래전 눈이 나쁜 이들이 쓰는 안경은 두껍고 무거운 렌즈가 대부분이었습니다. 지금은 렌즈가 얇고 가벼워져 패션 아이템으로도 손색이 없을 만큼 다양한 디자인의 안경을 찾아볼 수 있습니다. 일상에서 편리하게 안경을 사용할 수 있게 된 데에는 우리가 몰랐던 화학기술이 숨겨져 있었는데요. 오늘은 안경뿐만 아니라 카메라, 스마트폰 등에서 다양하게 쓰이고 있는 렌즈의 발전과 함께 그 뒤를 든든하게 뒷받침하고 있는 화학기술을 소개하겠습니다. ◆안경 발전의 토대는 인쇄술이다? 안경은 누가 처음 만들었을까요? 역사적으로 의견이 분분하지만 13세기 중반 이탈리아 베니스인이 발명했을 것이라는 추측이 가장 유력합니다. 1300년에 제작된 ‘베니스 성당 참사회 법령집’에 바로 유리와 수정을 기반으로 한 안경 제조법이 적혀있었기 때문이죠. 안경이 널리 퍼지기 시작한 것은 15세기부터입니다. 인쇄술이 발전하면서 많은 서적이 보급되었고, 작은 글씨를 보기 위해 안경의 수요가 증가하면서 제조업 또한 발전하게 됐습니다. ◆유리에서 플라스틱으로! 초기의 렌즈는 주로 유리를 이용했습니다. 유리는 광학적 특성이 우수하지만, 두껍고 무거우며 충격을 받으면 쉽게 깨지는 단점을 지니고 있습니다. 플라스틱 재질의 렌즈가 주로 활용되기 시작한 것은 1980년대부터입니다. 가볍고 충격에 강하며, 성형 또한 쉬워 다양한 디자인을 선보일 수 있다는 압도적인 장점 덕분이었죠. 현재는 플라스틱 렌즈가 안경 시장의 대부분을 차지하고 있습니다. ◆렌즈에는 어떤 플라스틱 소재가 사용될까? 플라스틱 렌즈에 사용되는 소재는 어떤 것이 있을까요? PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)와 PC(폴리카보네이트)가 쓰이기도 하지만, 지금은 폴리우레탄이 주요 소재로 이용되고 있습니다. -PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 투명성과 가공성이 뛰어나지만 내열성이 약하다는 단점이 있습니다. 외부 온도에 따라 초점거리가 달라지는 탓에 시력 교정용 안경 렌즈로는 잘 활용되지 않고 있습니다. -PC(폴리카보네이트) 기계적 강도와 내열성이 PMMA에 비해 우수하지만 가공성이 떨어져 렌즈를 여러번 압축하기에는 적합하지 않습니다. -PU(폴리우레탄) 높은 투명도와 광택, 우수한 광학 특성과 내충격성으로 광학 렌즈용 소재로 광범위하게 사용되고 있습니다. ◆렌즈의 단일화? 메타 렌즈 2018년 미국 하버드대 연구진은 스마트폰 카메라와 가상현실(VR) 헤드셋 등 모든 광학 기기를 위한 메타 렌즈를 발표했습니다. 기존에는 고화질의 사진과 영상을 촬영하기 위해서는 빛의 굴절현상 탓에 두껍고 무거운 렌즈를 써야 했는데요. 메타 렌즈는 굴곡이 없는 초박막 평면으로 빛을 작은 크기의 한 지점에 정확하게 모아줍니다. 이는 렌즈에 굴곡을 만드는 대신 나노 크기의 이산화티타늄으로 만든 핀을 평면의 유리 표면 위에 배열한 것입니다. 이렇게 만들어진 메타 표면은 빛의 방향을 틀어 특정 지점을 향하도록 만들어줍니다. 또한 400㎚(1㎚=10억분의 1m) 크기의 작은 물체까지 선명하게 볼 수 있습니다. 메타 렌즈는 모든 카메라 및 광학기기에 통합적으로 이용할 수 있는 최초의 단일 렌즈로 평가받고 있습니다. ◆더 얇고 선명한 렌즈의 등장, 고순도 XDI 고순도 XDI(자일릴렌 디이소시아네이트·xylylene diisocyanate)는 반황변성, 높은 굴절률 등 우수한 광학 특성을 지닌 고부가 소재입니다. XDI는 폴리우레탄의 주원료인 이소시아네이트 화합물의 한 종류로, 순도 99.5% 이상인 XDI는 범용 이소시아네이트 대비 약 10배 이상 비싸고 투명성과 굴절성이 우수해 기존 렌즈보다 더 얇고 선명한 프리미엄 제품을 만들 수 있습니다. XDI는 광학 렌즈뿐만 아니라 고기능 점·접착제 원료로, 금속과 같이 부착하기 어려운 소재나 친환경 식품 포장재 등의 접착제, 전자제품 포장 필름 등에 활용되기도 합니다. 지금까지 수입에 의존해왔던 XDI는 2017년 한화솔루션이 세계에서 두번째로 기술 개발에 성공하며 국산화를 이뤄내기도 했습니다. 렌즈 발전은 안경뿐만 아니라 스마트폰 등 첨단 전자제품 분야에도 영향을 미치고 있는데요. 앞으로 또 어떤 새로운 기술로 우리의 생활을 편리하게 할지 기대가 됩니다. 한화솔루션 블로거

우리에게 가장 익숙한 건강기능식품을 하나 꼽으라면 비타민일 텐데요. ‘국민 영양제’라 할 만큼 가장 인기 있는 건강식품 중 하나입니다. 그중에서도 비타민 C와 비타민 E는 항산화 효과에 힘입어 약국에서 가장 인기 있는 스테디셀러라고 할 수 있습니다. 그런데 비타민도 화학 공정을 거쳐 만들어지는 제품이라는 사실, 알고 있나요? 합성 비타민 E의 원료는 조금은 생소하지만 ‘크레졸’(Cresol)이라고 하는 물질입니다. 오늘은 화학기술을 통해 탄생하는 합성 비타민 E와 주요 성분인 크레졸은 어떤 물질인지 소개하겠습니다. ◆‘천연 비타민 VS 합성 비타민’ 어떻게 다를까? 천연 비타민은 곡물이나 채소, 생선 등 자연물질에서 추출해 정제 등의 화학 공정을 거쳐 만들어집니다. 이와 달리 합성 비타민은 원유를 정제하는 과정에서 부산물로 얻어지는 화합물을 원료로 하는데요. 천연에 존재하는 성분과 동일한 분자구조로 화학적 합성을 통해 만들어집니다. ◆합성 비타민 원료, 크레졸을 아시나요? 크레졸은 화학식 ‘HO-C’의 유기 화합물(6H4-CH3)입니다. 메틸기로 치환된 페놀을 포함하고 있어 ‘메틸 페놀’이라고 부를 수 있습니다. 또한 이 화합물의 생성은 천연 또는 합성 모두 됩니다. 크레졸은 분자 내 원자 연결방식이나 공간 배열에 따라 ‘o(오르토-)-크레졸’, ‘m(메타-)-크레졸’, ‘p(파라-)-크레졸 등 3가지로 분류할 수 있습니다. 이 중 ‘m-크레졸’이 합성 비타민 E의 원료인 TMP(Trimethyl Phonol)의 주성분입니다. 이밖에 p-크레졸과 o-크레졸은 의료용 소독제와 산화 방지제 등으로 사용되는데, 진통제와 세균성 피부감염 치료제, 항응고제의 원료로도 쓰이고 있습니다. ◆합성 비타민 E는 어떻게 만들어질까? 비타민 E는 항산화 작용이 강한 것이 특징으로, 우리에게 ‘토코페롤’로 잘 알려져 있습니다. 알파, 베타, 감마 토코페롤 등 여러 성분을 총칭하는 것이 비타민 E라고 할 수 있습니다. TMP는 m-크레졸과 메탄올(Methanol)의 산화 반응으로 만들어지는데, 이를 다른 원료와 화학반응을 거쳐 합성하면 비타민 E가 만들어집니다. ◆고순도 크레졸을 위한 불순물 제거 기술! 크레졸이 영양제 등 헬스케어 제품에 이용되면서 안전을 위한 불순물 제거 기술이 더욱 중요해졌습니다. 인체에 직접적인 영향을 줄 수 있는 탓에 불순물이 거의 없는 고순도 합성 크레졸의 수요가 더욱 커졌기 때문입니다. 한화솔루션은 크레졸 흡착력이 우수한 제올라이트 흡착제의 제조방법을 개발해 순도 98% 이상의 고순도까지 불순물을 제거할 수 있게 됐습니다. 한화솔루션은 전남 여수의 구가 산업단지에 1200억원을 투입하고 고순도 크레졸 생산공장을 준비 중인데요, 연간 3만t을 생산할 수 있는 규모로 오는 2023년 고순도 크레졸 생산 세계 3위를 목표로 하고 있습니다. 고순도 크레졸은 비타민 등 헬스케어 제품뿐만 아니라 합성향료, 산화 방지제, 플라스틱 첨가제, 전자재료 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 만큼 우리 생활에서 중요한 원료로 떠오르고 있습니다. 생활의 편리함은 물론이고 우리의 건강을 지켜주는 비타민에도 고도의 화학기술이 숨겨져 있었다는 사실을 잊지 말아 주세요! 한화솔루션 블로거

세상을 이루는 기본 물질인 원소는 그 종류가 다양해 모두 파악하기는 쉬운 일이 아닙니다. 이처럼 수많은 원소를 성질에 따라 배열한 것이 바로 주기율표입니다. 현대 화학은 18족 7주기로 구성된 주기율표에 놓인 원소 118종을 중심으로 이뤄져 있는데요. 오늘은 화학에서 절대 빼놓을 수 없는 주기율표가 어떻게 탄생했는지 알아보겠습니다. ◆다양한 원소의 발견 18세기 초까지만 해도 원소는 동전이나 무기 제조에 사용된 금속 몇가지가 전부였습니다. 18세기 중반에 들어서면서 50여종이 새로 발견되었으며, 19세기 초에는 더 많은 원소가 확인되었습니다. 이렇게 원소가 많아지자 과학자들은 그 성질과 원자량 사이의 연관성을 찾기 위해 노력했습니다. ◆되베라이너의 3조원소 독일 화학자 요한 되베라이너(Johann Wolfgang Dobereiner)는 1828년 반응성이 매우 강한 바륨(Ba)과칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)의 성질이 서로 유사하다는 사실에 착안하여 화학적 성질이 비슷한 3가지 원소의 묶음을 찾아내고, 이들을 ‘3조원소’(triads)라 하였습니다. 되베라이너의 3조원소는 화학원소의 계통적 분류를 밝혀준 만큼 주기율표 발견에 중요한 단서를 제공해주었습니다. ◆뉴랜즈의 옥타브 법칙 영국 화학자 존 뉴랜즈(John Newlands)는 1865년 런던 화학회 모임에서 ‘옥타브 법칙’(The Law Octaves)이란 논문을 발표하고, 원소들을 원자량 순서로 배열하면 ‘8’의 간격으로 비슷한 성질의 원소가 반복된다고 주장했습니다. 원소들을 원자량 순서로 배열하면 음악에서 옥타브(어떤 음에서 완전 8도의 거리에 있는 음. 또는 그 거리)와 같이 여덟번째마다 비슷한 성질이 나타난다는 것인데요. 하지만 당시 과학자들은 옥타브 이론을 비과학적이라며 믿지 않았습니다. ◆멘델레예프의 초기 주기율표 1869년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프(Dmitrii Ivanovich Mendeleev)는 현재 우리가 사용하고 있는 것과 유사한 주기율표를 발표했습니다. 당시 알려진 원소 63종을 원자량이 증가하는 순서대로 나열하자 비슷한 성질을 지닌 원소가 주기적으로 나타나는 현상을 발견한 덕분입니다. 원소의 규칙적인 성질을 바탕으로 가로줄을 일정한 주기로 나누고, 세로줄을 8개의 족으로 분류했습니다. ◆헨리 모즐리의 현대 주기율표 영국 물리학자 헨리 모즐리(Henry Gwyn Jeffreys Moseley)는 멘델레예프의 주기율표를 원자번호 순서로 정리해 우리가 쓰고 있는 형태로 완성합니다. 모즐리는 X선 스펙트럼 연구를 통해 원소의 화학적 성질은 원자량 크기가 아닌 원자번호에 의해 결정된다는 점을 증명하였는데요. 모즐리 법칙은 번호가 명확하지 않은 원소의 주기율표상 위치를 알아내는데 적용됐습니다. 초기 주기율표를 고안한 멘델레예프와 지금의 주기율표 모습을 제안한 모즐기가 있기까지. 수많은 과학자의 노력이 숨어 있습니다. 한화솔루션 블로거

가수분해는 일상생활에서 우리가 쉽게 마주치는 화학용어 중 하나입니다. 강아지를 키우는 이라면 알레르기 사료나 간식에서 쉽게 ‘가수분해 단백질’이라는 문구를 봤을 거예요. 그리고 최근 ‘저분자 가수분해 단백질’ 기술을 이용해 단백질 흡수력을 높인 가공식품도 많이 나오고 있습니다. 가수분해는 생명과학뿐 아니라 화학에서도 중요한 과정입니다. 우리 생활에서는 어떻게 활용되고 있는지 알아보겠습니다. ◆물로 잘게 쪼개다 가수분해(hydrolysis)란 화합물에 물을 끼워 넣어 두개 이상으로 쪼개는 화학반응입니다. 위의 예시는 AB라는 화합물이 물과 반응하여 각각 수소 및 수산화 이온과 결합하면서 분해되는 과정을 보여주고 있습니다. 이렇게 물은 다른 반응물의 화학결합을 파괴하는 데 사용됩니다. 하이드로(hydro)는 물이라는 의미를 지니고 있는데, 그리스어에서 유래됐습니다. 금속염이 물과 반응해 산성 또는 알칼리성 물질이 되거나 사람의 소화기 내에서 음식이 아밀라아제와 만나 소화되는 과정도 가수분해입니다. ◆가수분해 원리 가수분해가 되기 위해서는 물 외에 결합을 끊어주기 위한 힘을 필요로 하는데, 화학적 가수분해에서는 산과 열이, 생물학적 가수분해에서는 가수분해 효소 등이 각각 필요합니다. 원자나 분자간 결합이 끊어지는 힘에 의해 분해되면, 그 분위를 안정화시키기 위해 물의 수산화 이온(OH-)과 수소 이온(H+)이 결합하는 것이 기본 원리입니다. -염의 가수분해 염이 물에 녹아 산과 염기로 나뉘는 반응으로, 수용액 중 이온이 물과 반응하면 수소 이온이나 수산화 이온을 내 산성이나 염기성을 나타냅니다. 강산과 강염기에서 생기는 염(예: 탄산수소나트륨·NaHCO₃) 또는 강산과 약염기에서 생기는 염(예: 염화암모늄·NHCI)을 물에 녹이면 각각 가수분해가 일어납니다. 예를 들어 베이킹 소다로 보통 알고 있는 탄산수소나트륨은 약산성이지만 물에 녹으면 알칼리성을 띠는데, 단백질이나 때를 녹여 제거할 수 있어 친환경 세제로 쓰이고 있습니다. -유기 화합물의 가수분해 유기 화합물의 가수분해는 에스테르, 산무수물(무수 아세트산, 무수 프탈산 등), 산염화물, 산아마이드, 단백질, 펩타이드, 녹말, 당, 셀룰로스 등이 물과 반응하여 분해되거나 분자형식이 변하는 것을 의미합니다. 에스테르에 물을 반응시키면 카르복시산과 알코올이 각각 얻어지게 되는데, 가수분해를 통해 새로운 물질이 만들어집니다. 생명체 내에서는 결합 대부분이 가수분해로 깨질 수 있는데, 탄수화물과 단백질은 클리코시드 및 펩타이드 결합을 깨진 결과 이당류와 단당류, 그리고 아미노산으로 쪼개어져 장에서 쉽게 흡수될 수 있도록 돕습니다. 대부분이 가수분해로 깨질 수 있는데, 탄수화물과 단백질의 경우 클리코시드결합과 펩타이드 결합을 깨 이당류와 단당류, 그리고 아미노산으로 쪼개어 장에서 쉽게 흡수될 수 있도록 돕습니다. ◆비누부터 유제품까지! 열가수분해 제품들 가수분해를 응용한 대표적인 제품가 바로 비누(사진)입니다. 비누화 반응은 트리글리세리드(지방)가 물과 염기(보통 수산화나트륨·NaOH 또는 수산화칼륨·KOH)로 가수분해 될 때 발생합니다. 이 반응으로 글리세롤이 생성되고, 지방산은 염기와 반응하여 비누로 사용됩니다. 또한 단백질을 더 작은 폴리펩타이드나 아미노산으로 미세하게 분해된 ‘가수분해 단백질’은 몸 안에 들어갔을 때 흡수와 소화를 돕습니다. 우리 몸이 단백질을 인지할 수 없을 정도로 작게 쪼개지기 때문에 알러지 반응을 일으키지 않는다는 장점이 있습니다. 소화 흡수를 돕는 유제품과 강아지용 알러지 사료와 간식 등이 가수분해 단백질을 활용한 사례인데요, 이 외에도 다양한 화학제품 및 식품 등에 가수분해 기술이 활용되고 있습니다. ◆쓰레기 줄이는 친환경 열가수분해 기술 열가수분해는 주로 유기성 폐기물을 에너지화하거나 감량화하는데 쓰이는데요. 그동안 매립하거나 바다에 버려지던 음식물 폐기물나 하수 찌꺼기 등을 대상으로 고온·고압의 스팀으로 그 유기물질을 분해하여 바이오 가스를 생산하거나, 탈수 건조 과정을 거쳐 감량하는 기술입니다. 국내에서 열가수분해 하수 및 음식물 쓰레기 처리 기술이 개발되면서 친환경적인 폐기물 처리는 물론이고 재생 에너지까지 생산까지 할 수 있게 됐습니다. 덕분에 미래 친환경 기술로도 주목받고 있습니다. 가수분해 기술은 이렇듯 우리가 먹는 식품부터, 비누, 세제 등 생활용품 뿐만 아니라 쓰레기를 친환경적으로 처리하고 에너지를 생산하는 데에도 기여하고 있습니다. 한화솔루션 블로거

암모니아라 하면 가장 먼저 떠오르는 것은 바로 화장실 냄새입니다. 지독하면서도 코를 찌를 듯한 냄새로, 주로 비료에 사용되는 걸로 알려져 있습니다. 최근 요소수 품귀현상에 따라 그 원료인 암모니아에도 관심이 몰리고 있습니다. 소변 자체가 암모니아라고 여기는 이들이 많을 수 있지만, 실은 석탄에서 추출한 화학물질로 비료와 플라스틱, 폭발물, 의약품 등을 제조하는데 쓰이고 있습니다. 또한 온실 가스 없는 친환경 에너지원으로도 주목받고 있습니다. 오늘은 우리가 잘 몰랐던 암모니아에 대해 자세히 알아보겠습니다. ◆강렬한 냄새의 주인공, 암모니아는? 암모니아는 질소(N)와 수소(H)로 이뤄진 화합물로, 분자식은 ‘NH3’입니다. 실온에서는 무색의 기체로 존재하며, 자극적인 냄새가 납니다. 식물이 자라는 데 꼭 필요한 요소 중 하나가 바로 질소인데, 이 때문에 암모니아는 합성비료를 만드는 주요 원료가 됩니다. 암모니아는 끓는 점이 낮아 쉽게 액화되는 성질을 지니고 있는데, 기화되면서 흡수하는 열이 많아 냉각제로 이용되기도 하며, 다양한 화학제품의 생산에 원료로 활용되고 있습니다. 또한 암모니아에서 질소만 떼내면 수소를 만들어 낼 수 있어 새로운 에너지 자원으로 부각되고 있습니다. ◆암모니아로 달리는 자동차 최근 암모니아는 수소와 함께 차세대 에너지원으로 떠오르고 있습니다. 암모니아는 연소 시 수소와 질소만 내놓기 때문에 지구 온난화를 일으키는 이산화탄소를 배출하지 않습니다. 수소에 비해 제조와 저장, 수송과정이 단순하고 비용도 저렴해 경제성이 우수합니다. 또한 가솔린에 비해 폭발 가능성이 작아 안전한 에너지로도 평가받고 있습니다. 영국 과학기술시설위원회(STFC) 연구진은 항공유 대신 암모니아를 연료로 사용하는 제트엔진을 개발하고 있으며, 한국에너지기술연구원은 암모니아 70%와 가솔린 30%를 혼합한 연료로 자동차를 타고 시속 60~70km로 주행하는 시험 주행까지 마쳤다고 합니다. 언젠가 암모니아로 항공, 선박, 그리고 자동차까지 운행할 수 있는 날이 올 것 같네요. ◆암모니아 수소를 운반하다! 암모니아는 수소를 저장하고 이동시키는 운반체로서, 수소경제로 전환되고 있는 시점에서 중요한 물질로 주목받고 있습니다. 수소는 운반과 저장이 까다로운 탓에 고압기술로 압축하거나 저온 상태에서 액체로 저장에 수송해야 합니다. 이와 비교해 암모니아는 액화수소보다 1.5배 많은 용량의 수소를 저장할 수 있습니다. ◆암모니아로 ‘그린 수소’ 만든다! 수소는 연소 시 이산화탄소를 배출하지 않지만, 수소를 생산하는 방식 중 화석연료를 쓰는 개질 방식을 대부분 활용하고 있어 완전하게 친환경적이라 할 수는 없습니다. 따라서 생산과정에서 탄소를 전혀 배출하지 않는 ‘그린 수소’가 각광받고 있는데요. 최근 암모니아에서 고순도 수소를 뽑아내는 그린 수소 기술의 개발에 성공했다는 반가운 소식이 있습니다. 에너지기술연구원은 지난 8월 암모니아 분해 촉매 반응기를 이용해 시간당 약 1.8㎏의 고순도 수소를 생산할 수 있다고 밝혔습니다. ◆탄소 중립을 위한 ‘그린 암모니아’ 탄소 배출을 줄이기 위해서는 앞으로 암모니아의 역할이 더욱 중요하다는 사실을 알 수 있겠죠. ‘그린 암모니아’는 이산화탄소 배출 없이 재생 에너지로 생산한 그린 수소로 만든 암모니아를 의미합니다. 한화솔루션은 지난 7월 그린 암모니아 기술의 개발을 위해 ‘탄소 중립을 위한 그린 암모니아 협의체’ 협약식에 참석하고, 생산부터 운송, 추출, 활용 등 기관 및 기업 간 유기적인 협력 체계를 구축하는 데 앞서 나갈 예정입니다. 한화솔루션 블로거