화학

화학 안 쓰려고 했는데 화학이 발달하지 않으면 답이 없어서 작성함. 당시 기술력과 연산군 개인의 힘으로 가능할 것만 작성바람.

황산
황산의 제조는 의외로 간단하다. 유황을 촉매와 넣고 가열해서 나온 증기가 물에 녹으면 그것이 황산이다. 여기서 촉매는 질산칼륨(염초)이나 산화철을 사용하면 되는데 산화철을 사용한 접촉식 생산은 진한 황산을 생산하기에 좋지만 철의 반응성이 너무 좋아 현대는 백금과 오산화바나듐을 쓴다.

결국 사용해야하는 방법은 염초를 이용한 방법인데 서양에선 커다란 유리용기 안에서 가열했다. 하지만 조선의 경우 유리용기 제작 기술이 없고, 실제로도 유리용기는 열에 약해 자주 파손되었으므로 연실법으로 대체되었다. 연실법은 일단 철이든 뭐든 일단 용기를 만든 다음 납으로 두르는 것이다. 납의 경우 반응성이 적고 황산과 반응하면 황산납 피막을 형성한다.

연실법의 문제점은 묽은 황산을 생산한다는 점인데 진한 황산을 만드려면 물을 증발시키거나 가열하여 농축해야 한다.

묽은 황산은 그 산화력을 이용한 표백에 이용하며, 펄프제조에도 사용한다.

질산
질산을 만드려면 진한 황산이 필요하다. 물이 있는 조건에서 공기 중에서 아크방전을 통하면 이산화질소가 생성되어 물과 반응하여 질산이 되지만 현대에서도 채산성이 없어서 안 쓴다. 게다가 아크방전할 전력은 어떻게 만든 말인가? 그렇다고 200atm 이상의 고압이 필요한 하버-보슈법을 쓸 수는 없는 노릇이다.

방법은 하나 뿐인데 질산염을 진한 황산에 넣어 기름으로 중탕가열을 하면서 나온 증기를 포집하여 냉각하면 진한 질산이 나온다. 가장 큰 문제점은 질산의 산화력이 무시무시하다는 점에 있다. 하지만 진한 질산과 반응하지 않는 금속이 있는데 그것은 바로 철이다. 철은 질산과 만나면 피막을 형성하여 더 이상 반응하지 않는다.

질산의 용도는 질산염을 만들거나 화약제조, 왕수 제조에 쓰인다.

염산
방법은 오직 하나. 전기분해 뿐이다. 다행히 소금물의 전기분해에는 1~2v의 저전압이면 충분하니 다니엘 전지만으로도 충분히 가능하다. 다니엘 전지는 아연을 황산에 반응시켜 만든 황산아연 수용액이 담긴 용기에 아연을, 구리를 황산에 반응시켜 만든 황산구리 수용액이 담긴 용기에 구리를 담그고 질산칼륨을 물과 우뭇가사리와 섞어 만든 염다리로 두 용기를 연결하면 된다. 전극은 흑연을 사용하면 되고 용기의 경우 염산은 납과 잘 반응하지 않고 수산화나트륨은 은과 반응하지 않으니 납과 은으로 만든 용기에 소금물을 넣고 염다리를 연결한 뒤 분해해야 한다.

문제는 조선시대는 아연을 정확하게 분리해서 쓴 정황이 안 보인다는 점이다. 정 아연을 못 구하겠으면 철로 대체해야하는데 아연을 사용할 때보다 전압이 떨어지니 직렬연결로 전압을 올려야 한다. 그리고 구리전극 쪽에선 구리의 환원반응이 일어나면서 황산이 나오기 때문에 황산에 강한 납용기를 써야한다.

이렇듯 산과 염기를 제대로 다루려면 유리용기의 제작은 필수다.

염산의 용도는 단백질의 가수분해, 염화칼슘의 생산, 왕수 제조에 쓰인다.

수산화나트륨
위의 염산 제조공정의 부산물로 나온다. 이산화탄소를 흡수시켜 탄산나트륨을 만드는 수도 있지만, 비누 제조에 가장 많이 쓰일 것이다.

비누
동물성 기름이나 산패된 식물성 기름이 필요하다. 그리고 염기성 물질과 섞으면 된다. 염기성 물질은 수산화칼슘(석회수), 수산화칼륨(잿물), 수산화나트륨(소금물 전기분해)가 있는데 볼타전지나 다니엘전지로 수산화나트륨 만들다간 소량생산에 그친다. 결국 대량생산을 하려면 석회(산화칼슘)를 고농도로 녹인 석회유(수산화칼슘)에 식물의 재(탄산칼륨)나 해초의 재(탄산나트륨)를 넣으면 탄산칼슘은 가라앉고 수산화칼륨이나 수산화나트륨 수용액이 생긴다. 탄산칼슘을 거르고 남은 용액을 기름과 섞어 골고루 저은 뒤, 나무판 같은 곳에 부어 굳히면 완성이다.

염기성 물질과 기름을 섞을 때 에탄올로 추출한 꽃잎의 에센스오일이나 쪽풀, 녹두같은 것을 첨가해주면 더욱 좋다. 이렇게 만들어야 상품성이 있을 것이다. 참고로 서양에서도 이렇게 만든 비누는 비싸서 상류계급만 사용했다. 비누가 널리 보급된 건 산업혁명이 진전되어 화학물질이 대량으로 생산된 이후다.

허나 그리스 로마 시대에 쓰이던 초기비누라면 만드는 방법이 간단하다. 식물의 재와 동물의 비계를 같이 태우면 된다. 이 방식은 로마시대에 기록된 방식이고 발견된 이유가 신전에 재물로 바친 양 등을 태우면서라고 할 정도다. 어차피 기술의 발전은 점진적인 것이니 처음에는 이정도의 비누라도 만들고 쓰자. 나무재, 풀재, 해초재를 테스트하면 각기 다른 결과가 나올 수 있다.

인
오줌을 가열하면 나오지만 미량이고, 본격적으로 하려면 인회석이나 동물의 뼈를 모래와 같은 규소질, 목탄과 함께 넣고 가열해서 나온 증기를 포집하면 된다. 물에 잘 녹지 않기 때문에 물 속에 넣어 보관한다.

타오르는 백린은 피부에 달라 붙어 심한 화상을 일으킨다. 타면서 생성된 연막과 접촉하면 눈, 코, 입의 점막과 호흡기에 피해를 입는다.

백린의 용도는 마찰 성냥, 화학무기로 사용할 수 있다.

만 약 성냥을 만들고 싶다면 백린 성냥은 매우 위험하니 백린을 건류하여 적린으로 만든다. 유리가루나 미세한 모래가루로 된 사포에 적린을 발라 마찰면을 만들고, 적린으로 성냥 대가리를 만들면 적린 성냥이 완성된다. 적린이 서로 마찰하면서 생긴 열로 일부 적린이 백린으로 변환되어 불이 붙기 때문에 백린보다는 훨씬 안전하다.

시멘트
조선은 이미 주자가례의 회곽묘 만드는 법을 통해 시멘트 비슷한 걸 만들어 썼다. 자원이 없는 한반도지만 석회석만큼은 어디서든 나온다고 봐도 과언이 아니다. 특히 단양은 노천석회석광산이 있으니 캐는 것도 어렵지 않다. 석회석을 가열하여 생석회로 만들고 점토와 물을 넣고 건조한 것을 부수어 가루로 만든다. 이를 가마에서 고열로 가열한 뒤 나온 덩어리를 부수어 가루로 만들면 이것이 포틀랜드 시멘트다.

이를 석회, 물, 모래와 섞으면 모르타르가 되고, 자갈, 모래, 슬래그, 철조각 등과 섞으면 콘크리트가 된다.

철근으로 뼈대를 만든 뒤 콘크리트를 부어 양생하면 이것이 철근 콘크리트인데 철근은 보통 기술로는 만들기 힘드니 무리고 그냥 콘크리트로만 만족하는 것이 좋다.

유리
동양의 도자기와 비교할 수 있는 서양의 공예품이 유리이다. 유리는 로마시대부터 동아시아에서 명품으로 유명했다. 비록 그당시 유리제품은 기술의 한계로 불투명 유리가 대부분이었지만 유리제품 자체의 상품성은 동양에서는 충분하다. 당시 조선도 일부나마 기존에 생산하던 유리가 있었으니 시도는 할만 하다. 다만 투명유리를 바로 만드는 것은 난이도가 높으니 일단 포기하자.

결과적으로 렌즈에 쓰일 유리는 수정광의 수정을 깍는 정도가 맞을 것이다. 하지만 유리는 가치성이 있는 상품이고 재료도 저렴한 편에 속하기 때문에 장인들의 매뉴팩쳐 시스템을 만들고 품질 및 생산성을 향상시키는데 주력하면 적게나마 상품으로 판매할만할 것이다.