[뉴시스 사이언스]석탄 캐는 광부의 스파게티 '카르보나라'

탄소의 변신은 무죄!

【서울=뉴시스】크림치즈, 베이컨, 달걀, 소금, 후추 등을 이용해 만든 이탈리아의 파스타 요리, 카르보나라! ‘카르보나라’라는 이름에는 어떤 의미가 담겨있을까?

 카르보나라는 이탈리아 중부 라치오 지방의 대표적인 음식으로 아펜니노 산맥에서 석탄을 캐던 광부들이 소금에 절인 고기와 달걀만으로 요리하여 장기간 보관하던 음식이다. 광부의 몸에 붙어있던 석탄가루가 접시에 떨어진 것에서 착안해 ‘Carbon(숯)’의 의미를 담은 재미있는 이름으로 탄생했다. 이탈리아 라치오 지방을 여행하는 여행자의 눈길을 끄는 메뉴판의 요리는 단연 ‘스파게티 알라 카르보나라(spaghetti alla carbonara)’, 이탈리아어로 ‘석탄 캐는 광부의 스파게티’라는 뜻이다.

 숯! 오늘의 주제는 탄소(Carbon)이다.  

 탄소, 흑연, 다이아몬드 등의 물질로 대표되는 탄소(Carbon)는 석탄, 석유의 주성분이며 주기율표 14족 2주기에 속하는 원소(원소기호는 C)이다. 수소, 산소, 질소와 함께 생명체의 기본 요소이고, 특히 많은 원소의 원자량을 결정하는 기준 원소로 사용된다. 탄소는 오직 한 종류의 원소로만 구성되어 있으며 제3차 산업혁명의 주역이라 불리는 변신의 귀재이다. 먼저 고전적인 형태의 탄소 소재인 활성탄소, 흑연, 다이아몬드에 대해 알아보자.

 활성 탄소(Activated Carbon)는 살아서 활동하는 탄소라는 뜻을 지니고 있으며 크고 작은 구멍이 많아 넓은 표면적을 가지며 흡착력과 탈취 효과가 탁월하다. 예로부터 우리나라는 아기가 태어났을 때 대문 앞에 고추(남자), 솔잎(여자), 숯(공통)을 매단 금줄을 걸었는데 숯의 강한 흡착력과 환원력으로 해로운 미생물로부터 산모와 아기를 보호했다. 또한, 장을 담글 때에도 숯을 넣었는데 단순히 세균과 오염물질의 제거뿐 아니라 숯에서 방출되는 원적외선으로 담근 장을 알맞게 숙성시키는 역할을 했다.

 흑연(Graphite)은 6개의 탄소로 이루어진 고리가 연결된 층 구조로 연필심, 샤프심 등에 이용되며 쉽게 부서지는 단점이 있지만 부드럽고 미끈거리며 전기가 잘 흐르는 장점을 이용해 배터리, 전극, 윤활유 등에 널리 사용된다.  

 다이아몬드(Diamond)는 순수한 탄소의 결정체로 지구에서 가장 단단한 물질이며, 결혼식의 대표 예물이다. 승리와 변치 않는 사랑을 상징하는 다이아몬드는 가장 널리 알려진 보석이며 색깔, 투명도, 무게 등에 의해 가치가 결정되기도 하지만 그 강도에 따라 공업 재료의 연마제로도 많이 사용되고 있다.

 한편, 미래의 신소재로서 차세대 고부가가치 산업의 대표 물질이기도 한 탄소는 석탄, 석유 기반산업은 물론 스포츠, 항공우주, 무기, 반도체, 실생활 분야까지 다양한 소재로 가공되어 강한 강도와 내마모성, 높은 열전도율, 전기전도성 등의 특징으로 1, 2차 산업혁명의 철을 물리치고 3차 산업혁명의 대표주자로 자리매김 되었다. 그 종류도 다양하며 탄소 섬유, 그래핀, 탄소나노튜브 등 수 많은 신소재가 활용되고 있다.

 탄소 섬유(Carbon Fiber)는 육각 결정형태의 탄소 원자가 길이 방향으로 배열된 형태의 지름 5~10 마이크로미터 굵기의 섬유로 수천 가닥을 꼬아 탄소 실을 만드는데, 독특한 분자배열구조로 인해 높은 인장 강도(절단 시 하중 강도)를 지니며 낮은 열팽창률과 높은 열전도율, 내화학성, 내식성 등의 특징으로 응용 분야가 무궁무진하다. 자동차 외장, 골프채, 테니스라켓, 스키 등 고강도 플라스틱으로 불리는 많은 물질의 소재가 탄소 섬유이다.

 그래핀(Graphene)은 상온에서 구리나 실리콘보다 100배 높은 전류량과 빠른 속도, 강철 200배 이상의 기계적 강도를 갖는 탄소 소재로 2010년, 영국의 과학자 콘스탄틴 노보셀로프 (Konstantin Novoselov)의 노벨 물리학상 수상으로 세간의 주목을 받기 시작했다. 탄소 고리가 평면 단층구조이며 투명도를 장점으로 주로 디스플레이, LED, 터치패널 등에 이용된다.  

 마지막으로 1991년 일본의 이지마 스미오 박사에 의해 발견된 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)는 육각 벌집무늬의 판이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있어 철보다 100배 높은 강도와 90°로 유연하게 휘어지는 것이 특징이다. 영화 ‘아이언맨’의 슈트나 우주 엘리베이터가 개발될 수 있는 이유도 꿈의 신소재로 주목받고 있는 탄소나노튜브 때문이다.

 탄소로 이루어진 많은 물질이 다양한 분야에서, 새롭게 변신하며 성장하고 있으며 지금 이 순간에도 또 다른 탄소성분 신소재가 등장을 준비하고 있는지도 모른다. 탄소로 태어나 활성 탄소로 살아갈지, 다이아몬드로 살아갈지, 탄소나노튜브로 살아갈지는 그 재료가 갖는 특성을 어떻게 살려 활용하느냐에 달려 있듯이 우리 인간의 삶도 나만이 가진 장점으로 각자 빛나는 탄소소재처럼 살아가기를 희망해 본다.

 김경희(구성고등학교 수석교사)

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