지금까지 발견된 화학물질은 1% 뿐이다

우주에는 수십억 개에 달하는 화학물질이 존재한다고 한다. 하지만 지금까지 인간이 특정할 수 있었던 건 이 가운데 불과 1%로 보인다. 지금까지 발견되지 않은 새로운 화학물질이 온실가스 문제 해결책이 되거나 페니실린처럼 의학 분야 진보를 일으킬 가능성이 기대되고 있으며 새로운 화학물질 발견을 위해 과학자는 연구를 계속하고 있다.

1869년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 원소 주기율표를 발명한 이후 과학자는 다양한 원자를 발견해왔다. 현대에선 핵융합 등을 이용한 물질 탐색이 이뤄지고 있으며 2010년에는 원자번호 117 합성 원소인 테네신이 발견됐다.

하지만 우주에 존재하는 건 원자 뿐 아니라 수소 원자와 산소 원자 화합물인 물 등 여러 원자가 조합된 다양한 화학물질이 존재하고 있다. 전문가에 따르면 화학자는 새로운 화학물질을 만들기 위해 연구를 하고 있다.

질소(N2)나 산소(O2) 같은 2개 원자로 이뤄진 화합물은 이원자 분자(diatomic molecule)라고 불린다. 화학자가 한 화합물을 만드는데 필요한 시간은 1년으로 여겨지며 이론상 분자 6,903종이 존재하는 이원자 분자를 모두 생성하기에는 엄청난 시간이 걸린다.

또 H₂0나 C0₂ 등 3개 원자가 합쳐 형성되는 삼원자 분자(Triatomic molecule)는 160만종 존재한다고 여겨지며 4원자, 5원자 등 원자 수가 증가함에 따라 지수함수적 조합 수가 증가한다. 또 화합물 구조와 안정성에 따라 탐색과 제조 공정이 어려워질 수 있다.

그럼에도 불구하고 일부 화학자는 자연계 규칙에서 존재할 수 없는 화합물을 생성하기 위해 노력하고 있으며 지금까지 심주우 상태를 재현할 수 있는 특수 실험 시설로 보통 다른 원자와 결합하지 않는 희소 가스 원자 화합물인 아르곤불소수소화물을 만들어내는데 성공하고 있다.

알려진 화합물로부터 알려지지 않은 새로운 화합물로 만드는 방법으로 기존 화합물에 포함된 원자에 변화를 가하는 것, 기존 화학 반응을 일으킬 때 새로운 원료를 첨가하는 것 등을 들 수 있다. 전자는 알려진 화합물에 원자를 추가 제거 또는 교체해 화합물 특성을 조금 바꾸는 방법이지만 후자는 유사 화학 반응을 사용하지만 결국 생성되는 화합물이 완전히 다를 수 있다.

하지만 2가지 방법 모두 원래 화합물이 필요하다. 따라서 미지수 화합물을 무에서 만들 수 없다. 여기에서 화학자는 새로운 화합물 발견 히트로 자연 관찰을 실시한다고 한다. 영국 세균학자인 알렉산더 플레밍은 1928년 배양접시에 부착된 푸른곰팡이가 박테리아 증식을 막는 현상을 우연히 발견했고 이후 이를 통해 생산한 화학 물질을 페니실린이라고 명명해 이후 의학 발전에 큰 영향을 줬다.

1945년에는 영국 화학자 도로시 호지킨이 페니실린 화학 구조를 특정, 페니실린 구조 일부에는 지금까지 거의 예상되지 않던 정방형상에 원자가 배치되는 구조가 있는 것으로 판명됐다. 하지만 페니실린을 인간이 처음부터 만들어내는 건 곤란하게 여겨져 현대에도 곰팡이 등을 배양해 추출하는 건 간단하고 저렴하다고 생각되고 있다.

자연계에는 지금까지 인간이 만들어낼 수 없던 다양한 화합물이 존재할 가능성이 있으며 새로운 화합물을 탐구하는 화학자는 자연계로부터 영감을 받아 연구를 하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.