양자역학으로 현대화학의 문을 열다 – 세상을 바꾼 화학자 라이너스 C. 폴링(5)

1. 양자역학으로 현대화학의 문을 열고, 세상을 바꾼 화학자 (5) 라이너스 C. 폴링

최근 국내에서도 비타민C 열풍이 일고 있는데, 한 의대 교수가 방송에 출연해 비타민C를 많이 섭취하면 면역력이 높아지고 고혈압·뇌졸중·심장병 치료 효과가 있다는 말에서 시작됐다. 이후 약국에 몰려드는 사람들은 비타민C 결핍까지 생겨 일부 약국은 평소보다 20~30배나 팔리고 있었고, 고객들이 한박스 비축해 놓고 싶어 파산하는 가게도 적지 않았다.

비타민 C에 대한 이러한 열풍은 한때 미국과 한국 모두에서 있었습니다. “비타민 C와 감기”라는 책이 베스트셀러가 된 것은 36년 전인 1970년 가을이었다. 이 책을 읽는 미국 시민들은 비타민C 제품이 바닥날 정도로 약국에서 비타민C를 사먹고 있었다.

베스트셀러의 저자가 노벨상을 두 번이나 받은 유명한 과학자였기 때문에 그는 그 열정에 불만을 품고 있었다. 어떻게 보면 많은 사람들이 비타민C의 효능을 믿고 있는 것도 과학자의 역할 때문일 것이다.

라이너스 C. 폴링 노벨 화학상 수상자를 결정하는 여론조사에서 항상 1위를 차지하는 과학자. 마리 퀴리에 이어 노벨상을 두 번 수상한 과학자. 혼자서 두 개의 노벨상을 수상한 유일한 과학자. 반전·반핵평화운동에 적극 참여하고 핵무기를 규제하는 최초의 국제조약을 주도한 과학자. 노벨평화상을 받았지만 조국 미국에서 반역자, 공산주의자로 지탄받던 과학자. 이력을 보면 정확한 효능이 검증되지 않은 비타민C에 왜 그렇게 집착하게 되었는지 궁금할 따름이다.

폴링은 1901년 미국 오리건 주 포틀랜드에서 태어났습니다. 어린 시절부터 독서광이었던 폴링은 초등학교 친구 방에서 함께 화학 실험을 하면서 화학공학자가 되는 꿈을 꾸었다. 그러나 약사였던 아버지가 9살 때 갑자기 세상을 떠나면서 가족은 무너지기 시작했다. 병든 어머니는 장남인 폴링이 가족을 부양하기를 원했습니다.

할아버지가 관리인으로 일하던 철강 공장에서 실험 장비와 재료를 구해 화학 실험을 계속하던 폴링은 어머니의 뜻을 저버렸다. 그의 어머니는 고등학교 졸업 후 철물점에 취직하기를 원했지만 Pauling은 더 이상 공부할 것이 없어 고등학교를 중퇴하고 Oregon Agricultural College(Oregon State University의 전신)에 가서 화학 공학을 전공했습니다.

그러나 2년여의 공부 끝에 계속되는 경제적 어려움으로 어머니의 뜻대로 취업을 결심한다. 그러나 대학은 그가 공부를 계속할 수 있도록 정량 분석에 대한 강의를 제공합니다. 그때 그는 겨우 18세였다.

그 후 Pauling은 캘리포니아 공과대학(Caltech) 대학원에 진학하여 X선 회절을 이용한 결정 구조를 연구하고 원자의 크기와 배열에 대한 많은 경험을 쌓았습니다. 회절은 전자기파가 전파되는 현상으로, 장애물에 도달하면 돌아서서 장애물 뒤로 갑니다.

폴링은 또한 원자가 전자를 끌어당기는 경향을 나타내는 전기음성도를 정량적으로 정의했으며, 예를 들어 복잡한 유기 분자와 전이 금속 화합물의 정확한 구조와 특성을 밝히는 등 현대 화학의 발전에 큰 족적을 남겼습니다. 무엇보다 그의 많은 업적 중 초기 단계였던 양자역학의 개념을 도입하고, 원자 오비탈의 혼성화, 공명 등 화학결합의 핵심 개념을 종합했다.

오비탈은 전자의 위치를 ​​원자핵 주위에 구름처럼 퍼지는 확률분포로 표현한 수학적 함수로, 하이브리드 오비탈의 개념을 이용하여 서로 다른 탄소화합물의 형태를 정확하게 기술할 수 있었다. 물과 암모니아와 같은 분자로.

1939년 20세기 화학에서 가장 중요한 책인 The Nature of Chemical Bonds가 출판된 후 Pauling은 생물학적 화합물의 구조와 기능으로 관심을 확장했습니다. 그는 단백질 사슬이 나선형으로 꼬일 수 있다는 점에 착안해 단백질의 알파나선 구조를 최초로 규명했다.

2. 폴링의 DNA 구조에 대한 관심

또한 헤모글로빈의 구조와 기능 사이의 연관성을 밝히고 항체와 항원 분자가 상보적인 구조를 갖고 있어 신체 자체의 방어 반응이 가능하다는 사실을 발견했다. 이처럼 생체물질의 구조 규명에 많은 성과를 거둔 폴링의 관심은 자연스럽게 유전정보를 담고 있는 DNA 구조로 옮겨갔다.

그러나 그는 DNA가 삼중 나선 구조를 가지고 있다는 것을 밝히는 실수를 저질렀다. 그의 반전·반핵운동의 결과와 황당하게 연결된다. 1950년대 초 반공산주의 매카시즘이 미국에 만연했고 폴링은 해외에서 일할 자유가 없었습니다.

1952년 그는 영국왕립학회가 조직한 DNA 심포지엄에서 연설하도록 초청받았지만 미국 정부는 여권 발급을 거부했다. 폴링이 그 심포지엄에 참석하여 러셀과 프랭클린이 제공한 DNA의 X-레이를 보았다면 왓슨과 크릭보다 먼저 정확한 DNA 구조를 알아냈을 것입니다.

결국 폴링은 화학 결합 이론을 개발하고 성공적으로 적용한 공로로 1954년 노벨 화학상을 받은 후 평화 운동에 더욱 적극적으로 참여하게 되었습니다. 1957년부터 공중 핵실험 금지 청원서에 서명하고 강연을 통해 핵실험의 위험성을 대중에게 알리기 시작했다. 이 운동의 결과로 1958년 미국인 2,000명을 포함해 49개국 11,000명의 과학자들이 서명한 탄원서가 만들어졌고, 폴링은 이를 유엔 사무총장에게 제출했다.

그의 헌신적인 노력은 마침내 1963년 모스크바에서 핵무기를 규제하는 최초의 국제 조약인 부분 핵 실험 금지 조약으로 결실을 맺었습니다. 또한 DNA 구조를 규명하지 못해 놓친 생리의학상을 대신해 1962년 노벨평화상을 받을 수 있었다.

90대 이후에 암 진단을 받은 폴링은 비타민 C, 채소, 과일을 섭취하여 면역 체계를 강화하는 실험적인 방법으로 자신을 치료한 후 1994년 94세의 나이로 사망했습니다.