쿠푸왕의 피라미드와 철기 사용에 대해서

< 피라미드 제작용 석재를 어떻게 잘랐을까 >

고대 이집트를 대표하는 피라미드는 기원전 2500년 무렵 세워졌다. 기자의 피라미드 3기( 쿠푸왕의 피라미드, 카프라왕의 피라미드, 멘카우라 왕의 피라미드)는 물론이고 지금까지 남아있는 138기의 피라미드를 통틀어 가장 규모가 큰 것은 쿠푸 왕의 피라미드다(높이 약 139m, 각 밑변의 길이는 약 230m, 평균 무게 2.6톤의 돌 230만개) 그 구조가 너무 정교하고 완벽한 데다 600만톤의 엄청난 무게를 지녔다. 이 거대한 석재를 어떻게 자를 수 있을까를 연구한 결과는 다음과 같다. 먼저 송곳으로 거대한 석재의 잘라내고자 하는 곳에 일직선으로 많은 구멍을 뚫는다. 그런 다음 그 구멍에 나무 막대기를 꽂고 물을 붓는다. 그 상태로 한동안 두면 나무 막대기가 부풀어 오르고 팽창하면서 그 구멍을 따라 석재를 갈라놓는다. 이를 화학적으로 설명하자면 바짝 마른 나무 막대기 내부에 남아 있는 여러 가지 성분의 분자를 희석하고자 물이 표피에서 내부로 흘러들어가는 현상이다 이를 침투라고 한다. 이때 발생하는 물이 흘러들어가려고 하는 압력 즉 침투압이 매우 크기 때문에 단단한 석재도 쪼갤 수 있는 것이다. 단 나무 막대기 수가 충분히 많다는 전제 하에 말이다

 

< 고대의 시멘트를 사용해 피라미드 건축을 마무리했다 >

고대 이집트인은 피라미드의 석재와 석재 사이의 틈새를 그들은 자연에서 산출되는 석고를 가열해서 만든 소석고에 점토를 섞은 것을 사용해서 틈새를 메웠다. 이는 고대의 시멘트라고 할 수 있다. 석재와 석재를 접착시키는 것이므로 영어권에서는 접착제를 일컬어 시멘트라고 한다. 시멘트 분말에 물을 첨가하면 굳는다. 회반죽도 마찬가지다. 회반죽에 물을 첨가한 뒤 놓아두면 역시 딱딱하게 굳는다. 화학적 관점에서 보면 물 분자는 플러스와 마이너스 전기가 명확하게 나뉘어 있다. 이것이 물의 다양한 성질을 만들어 낸다. 물과 만난 시멘트는 시간이 지나면 딱딱해지는 이유는 물 안에는 플러스 마이너스 전기를 띤 입자를 물 분자가 정전기 힘으로 강하게 결합시켜 3차원의 단단한 그물 구조를 형성하기 때문이다. 고대 메소포타미아 사회에서는 석재가 늘 부족해서 신전인 지구라트를 건설할 때 햇볕에 말린 벽돌이나 가마에서 구워낸 벽돌을 사용했다. 그들은 풍부하게 산출되는 천연 아스팔트로 벽돌을 접착하기도 했다 아스팔트는 원유에서 휘발유 같은 휘발성 성분이 증발한 뒤 남은 흑색이나 흑갈색 탄화수소 화합물이다. 접착성, 방수성, 가소성 등의 특징이 있는 아스팔트는 오늘날 도로포장에 흔히 사용된다

운철

< 우주에서 날아온 운철을 응용해 철을 생산하고 사용한 고대 인류 >

인류가 맨 처음 철을 사용한 계기는 운철에서 찾을 수 있다. 철 사용을 기원전 2000년보다 이전으로 그 시점을 잡고 있다. 철을 만들려면 그 원료인 사철(자철광)이나 철광석 등 철과 산소가 결합한 것(산화물)에서 산소 원자를 분리시켜야 한다. 그런데 철과 산소는 매우 강하게 결합되어 있어 산소를 떼어내려면 상당한 노력과 기술력이 필요하다. 전문적으로 철 이온에 전자를 주어 철로 만드는 공정이 중요하다. 전자를 주는 반응을 환원이라고 한다. 환원 반응을 일으키기 위해서는 전자를 방출하는 환원제가 필요하다. 철을 만들 때 이상적인 환원제는 목탄(탄소)이다. 목탄은 전자를 방출하면서 철과 결합한 산소를 뗴어내어 일산화탄소와 이산화탄소가 되어주기 때문이다. 산화철에서 산소를 분리해 철로 환원시키려면 높은 온도가 필수적이다. 당연히 용광로를 엄청난 고온 상태로 만드는 것이 중요하다.

< 히타이트족의 최강 철기 제조 기술 >

고대를 주름잡던 철기민족 히타이트족이 정착해 살았던 지역은 오늘날의 튀르키예다. 그들은 기원전 1500년 무렵 철광석에서 철을 만들어 내는 기법을 알고 있었다. 그들은 그렇게 제작한 철제 무기로 청동기 무기를 압도해 제국을 건설했다. 다만 그 무렵에는 제철 작업에 작은 규모의 원시적인 용광로를 사용했기에 반고체 상태의 철밖에 얻을 수 없었다. 당시 기술로는 온도를 높이는데 한계가 있었기 떄문이다. 또한 철기 시대 초기에 생산한 철에는 불순물이 많았으므로 강한 철을 만들기까지 많은 노력과 시행착오가 필요했다. 즉 용광로에서 반고체 철을 꺼내 불에 달구고 두들겨서 표면의 불순물을 태우고 다시 불에 달구고 두들기는 대장일 작업이 필요했다. 오리엔트 지방에 인류 최초의 세계 제국을 건설한 민족은 아시리아로 그들은 히타이트족에게서 철기를 입수해 강력한 힘을 손에 넣은 뒤 기원전 729년에 바빌로니아를 정복하고 오리엔트의 드넓은 영토를 정복했다. 아시리아가 제국을 건설할 수 있었던 비결도 철기 제작을 비롯한 기술력 덕분이었다

< 이온화 경향을 알면 세계사가 보인다 >

인류가 금속을 이용해 온 역사를 이온화 경향으로 설명할 수 있다. 이온화 경향은 금속 원자가 전자를 방출해 양이온이 되려고 하는 경향을 말한다. 금과 백금을 제외한 대부분의 금속은 원자에서 전자가 몇 개 빠져나간 양이온 상태로 광물 등에 들어있다. 금속을 만들려면 이런 양이온에서 전자를 주어야 한다. 반면 금은 이온화 경향이 지나치게 작으므로 양이온이 되지 않고 원자 상태로 모여서 금속인 금의 형태를 띤다. 이온화 경향이 작은 금속의 양이온은 즉각 전자를 받아들이기 때문에 금속으로 되돌리기 쉽다. 그러므로 단순히 가열하거나 전자를 방출하는 목탄 등과 함께 가열하는 간단한 조작으로 은 이온이나 구리 이온에서 은이나 구리를 얻을 수 있다. 그러나 철 이온의 경우 매우 높은 온도가 필요하므로 풀무 등으로 온도를 높이는 기술이 뒷받침되어야 한다. 20세기는 알루미늄의 시대다 즉 이때에 이르러 이온화 경향이 매우 큰 알루미늄 이온에 전자를 강제로 주는 전기 분해 기술이 발명되어 알루미늄이 널리 보급될 수 있었다. 이렇듯 인류의 금속 이용은 수천 년의 세월을 지나며 금 -> 구리 -> 철 -> 알루미늄으로 이온화 경향을 거슬러 올라온 역사다

동아시아 발전의 선두주자인 일본에 대해서