지금까지 발견된 화학물질은 불과 1%

우주에는 수십억 개의 화학물질이 존재하고 지금까지 인간이 특정할 수 있었던 것은 그 중 불과 1%라고 추정되고 있습니다. 지금까지 발견되지 않은 새로운 화학물질이 온실가스 문제의 해결책이 되거나 페니실린과 같이 의학분야의 진보를 일으킬 가능성이 기대되고 있습니다.

Only 1% of chemical compounds have been discovered – here's how we search for others that could change the world
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Only 1% of chemical compounds have been discovered – here's how we search for others that could change the world

1869년 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프가 원소주기율표를 발명한 이후 과학자들은 다양한 원자를 발견해 왔습니다. 현대에는 핵융합 등을 이용한 물질의 탐색이 이루어지고 있으며 2010년에는 원자번호 117의 합성원소인 테네신(Tennessine)이 발견되었습니다.

그러나 우주에 존재하는 것은 단일한 원자가 아니라 수소원자와 산소원자의 화합물인 물 등 여러 원자가 조합된 다양한 화학물질이 존재하고 있습니다. 노팅엄 토렌트 대학의 매튜 아디코트 씨에 따르면 화학자들은 새로운 화학물질을 만들기 위해 매일 연구를 하고 있다고 합니다.

질소(N2)나 산소(O2)와 같은 2개의 원자로 이루어진 화합물은 '이원자 분자'라고 불립니다. 아디코트 씨에 따르면 화학자팀이 하나의 화합물을 만드는데 필요한 시간은 약 1년으로 생각되고 있으며 이론상 6903종의 분자가 존재하는 2원자 분자를 모두 생성하기에는 엄청난 시간이 걸립니다.

또한 H₂0나 C0₂ 등 3개의 원자가 합쳐 형성되는 '3원자 분자'는 약 160만 종이 존재한다고 생각되고 있으며 4원자, 5원자처럼 원자의 수가 증가함에 따라 지수함수적으로 조합의 수가 증가합니다. 또한 화합물의 구조와 안정성에 따라 탐색 및 제조공정이 어려워질 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 일부 화학자들은 자연계의 규칙에서 존재할 수 없는 화합물을 생성하기 위해 노력하고 있으며, 지금까지 심우주 상태를 재현할 수 있는 특수한 실험시설로 일반적으로는 다른 원자와 결합하지 않는 희귀가스 원자의 화합물인 '아르곤불소수소화물(Argon fluoride hydride)'을 만들어내는 데 성공했습니다.

알려진 화합물로부터 알려지지 않은 새로운 화합물을 만드는 방법으로서 아디코트 씨는 기존 화합물에 포함된 원자에 변화를 가하는 것과 기존의 화학반응을 일으킬 때에 새로운 원료를 첨가하는 것을 제시했습니다. 전자는 알려진 화합물에 원자를 추가, 제거 또는 교체하여 화합물의 특성을 약간 변경시키는 방법이지만, 후자는 유사한 화학반응을 사용하지만 결국 생성되는 화합물이 완전히 다를 수 있다고 합니다.

그러나 이 두 가지 방법 모두 '바탕이 되는 화합물'이 필요합니다. 따라서 미지수의 화합물을 무에서 만들 수 없습니다. 거기서 화학자는 새로운 화합물 발견의 힌트로 자연관찰을 실시했습니다. 영국의 세균학자인 알렉산더 플레밍은 1928년에 배양접시에 부착된 푸른곰팡이가 박테리아의 증식을 막는 현상을 발견했고 그 후, 이 푸른곰팡이가 생산한 화학물질을 '페니실린'이라고 명명해 이후의 의학 발전에 큰 영향을 주었습니다.

1945년에는 영국의 화학자 도로시 호지킨이 페니실린의 화학구조를 특정했고 구조의 일부에는 지금까지 거의 예상되지 않았던 정방형상으로 원자가 배치되는 구조가 있는 것이 판명되었습니다. 그러나 페니실린을 인간이 처음부터 만들어내는 것은 어려워서 현대에도 곰팡이 등을 배양해 추출하는 것이 간단하고 저렴하다고 합니다.

자연계에는 지금까지 인간이 만들어낼 수 없었던 다양한 화합물이 존재할 가능성이 있으며 새로운 화합물을 탐구하는 화학자는 자연계로부터 영감을 받아 연구를 계속하고 있습니다.