지금 화학은 재미있다.

‘화학’이라 들었을 때 여러분이 생각하는 것은? 나에게 있어서는, 3년 연속해서 일본인이 노벨 화학상을 수상한 것, 대학교의 선생님이면서 기업의 연구자인 다나카 고우이치씨가 수상한 것이, 여러분에게 인펙트되어 있는 것을 기대한다. 전자는 일본의 화학연구가 세계최고수준에 있다는 것을 나타내고 있다. 후자는, 학술분야 가운데서 ‘화학’이 비교적 시작하기 쉬운 분야이며, 또한 성공할 확률이 높은 분야라는 것을 나타내고 있다. 다나카씨는 대학시절에 전기공학을 공부하고 학사를 수여 받았으며, 회사에 들어가서부터 화학 공부를 시작하여, 분석기기로서 중요한 질량분석계에 획기적인 변혁을 가져오는 발견을 했다. 화학은 많은 사람에게 ‘발견’이라는 찬스를 부여할 수 있는 분야이다. 물론, 발견을 할지 못할지, 그 발견을 의의가 있는 것으로 만들지 못 만들지는 각각 개개인의 능력이나 통찰력에 크게 의존하고 있지만, 발견의 찬스는 꽤 크다고 말할 수 있다.
화학은 물리나 생물 등의 자연과학 중에서 어떠한 위치에 있는가? 각 학문이 대상으로 하는 물질의 크기에 주목하면, 학문분야의 차이를 잘 이해할 수 있다. 물리는 원자나 원자핵 등의 물질의 궁극의 성분이나 궁극의 크기의 입자를 대상으로 한다. 화학은 원자의 집합으로부터 만들어져 있는 분자를 대상으로 한다. 생물에서는, 분자가 모여 만들어진 단백질이나 세포를 기초로 시작해서 생명체까지 이른다. 결국, 대상으로 하는 물질의 기초가 되는 것의 사이즈는, 물리 ·화학 ·생물과 진척되는 것에 따라 함께 성장하게 되었다. 이러한 것에서부터, 화학은 물리와 생물의 ‘연결다리’가 되는 학문분야라고 말할 수 있다. 자연과학의 학제화가 진척되는 가운데에서 화학의 중요성은 점점 더 증대하고 있다. 세가지 연속하는 학문분야 가운데에서도, 화학은 정가운데의 부분에 있기 때문이다.

고등학교의 화학과 대학교의 화학

고등학교의 화학에서는, 먼저 자연계의 물질의 구성이나 성분(원자 ·분자 ·화학결합 등)에 대하여 배우고, 물질의 상태 (기체 ·액체 ·상태방정식 등), 물질의 변화 (산염기 ·산화환원 ·열화학방정식 등)으로 나아가, 물질의 성질(무기 및 유기화합물에 대한 개설과 대표적인 것의 반응 등)을 배우는 것이 일반적이다.
대학의 화학은 크게 나눠서 세가지 분야로 세분화 ·전문화된다. 물질의 구성이나 상태 및 변화에 대하여 더욱더 깊게 파고들어 공부하는 것이 ‘물리화학’이고, 유기화합물의 반응 ·성질 ·변화를 공부하는 것이 ‘유기화학’이다. 전문화된 최선단의 화학연구를 배우는 것은, 예를 들면 우물을 점점 깊게 파는 것과 같은 것으로, 그 분야의 최선단을 연구할 수 있겠지만, 한편으로는 매우 작은 영역의 것밖에 보이지 않게 될 폐해도 있다. 이것을 방지하고, 폭넓은 시야를 젊었을 때 익히는 것이 꼭 필요하다. 또한 대학에서는 실험시간이 대폭 늘었다. 이것은 실제로 체험하는 것이, 머리로부터 지식을 얻는 것과 같을 정도로 중요하게 되었기 때문이다.

대학에서의 화학연구의 최첨단

화학분야의 분자는, 대체로 0.1nm(나노미터)부터 10nm정도까지의 크기로, 고분자에서는 10nm부터 100nm정도까지 있다. 따라서, 나노테크놀로지를 떠받치고 있는 중심적인 물질이 화학분야에 있다고 말할 수 있다. 기초 및 응용분야에서는 나노사이즈 물질의 합성이나 창제를 하고, 그 물리화학적성질 (물성)의 측정이나 계측을 계속하고, 게다가 실제로 원료에의 응용화나 실용화를 시험해 본다. 물성의 계측에서는, 펨토초(10-15초)의 오더의 초단기간에 측정이 이루어지고 있다. 수 년 전에는 나노초(10-9초)오더였지만, 궁극의 초순간을 파악할 수 있게 되었다. 레이저를 이용해서 물질의 미세가공이 행하여 지고 있지만, 통상적인 레이저보다 보다 단파장의 레이저를 발생시켜, 일반적인 초미세가공을 행하는 연구도 진행되고 있다. 유기화학분야의 천연물의 전합성에 대하여 이야기해 보자면, 불과 얼마 전 까지 취급하는 천연물은 비교적 작은 분자로서 1nm이하 정도였다. 최근에는, 해산독으로 유명한 삭시토신이라든가 감비에롤 등은 3nm정도의 거대천연물이고, 그 생물활성은 극히 주목해야 하는 점이 많고, 토우호쿠대학에서는, 잇달아 세계에 먼저 전합성이 달성되어 있다. 또한 2001년에 노벨 화학상을 수상한 나고야대학의 노요리선생의 전문인 촉매적불제합성은, 광학활성화합물을 인공적으로 고효율로 합성할 수 있는 점으로 주목을 모으고, 특히 제약기업에게는 극히 중요한 테크놀로지가 되어 있다. 무기분석화학에서는, 금속-금속결합을 있게 하는 금속 클러스터가 주목되고 있다. 무기원소의 주위에는 배립자가 존재하고, 그 무기분자를 안정화시키기 위해, 금속과 금속이 직접 결합하는 것은 드물지만, 최근에는 금속-금속의 2중결합 등도 알려지고, 신물질의 창제가 주목되고 있다. 새로운 물질군이 합성 혹은 창출되면, 당연히 새로운 물성이나 반응이 기대되어, 응용면으로의 발전뿐만 아니라, 새로운 학문영역을 열수 있는 가능성이 있다. 다나카 고우이치씨의 실량분석계에 있어서 획기적인 발견으로 대표되는 것과 같이, 분석기기의 발전에는 눈을 크게 뜨고 볼 것이 있다. 핵자기공명(NMR)을 이용한 화상진단은 의학분야에서는 큰 성과를 올리고 있고, 효소와 단백질과의 상호작용해석에도 이용되어, 생물화학에 커다란 위력을 발휘하고 있다. 실제로, NMR분야의 연구자가 최고 노벨상을 수상했다.
이와 같이, 세분화 ·전문화와 함께 다양화 ·융합화하는 것은 비단 ‘화학’뿐만이 아닐 것이다. 폭넓은 시야를 가지면서, 자신의 전문을 빨리 결정하여, 심화시키는 것이 중요하다고 하겠다.

주요한 학과목의 내용과 커리큘럼

도호쿠대학 이학부 화학과의 예를 살펴보도록 하자. 1학년의 I학기(전기)에서는, 넓은 시야를 익히기 위한 전개과목이 설정되어 있다. 화학뿐만 아니라 수학 ·물리학 ·생물학 ·우주지구과학의 기초를 익혀, 자연과학의 전반을 내다보기 위하여 고안되어 있다. 동시에 전문기초과목인 기초화학서론에서는, 수많은 화학 교수가 화학최전선의 화제를 제공하고, 전문적지식이 없다고 하더라도, 화학에서는 지금 무엇이 요구되고, 무엇을 하는 것이 중요한가 등에 대하여, 화학과 일반사회와의 연결을 포함하여 이해할 수 있다. II학기(후기)에서는 전개과목이 연달아서 전개되는 것과 함께, 이과실험이 시작된다. 이 실험은, 물리 ·화학 ·생물에 관한 지극히 초보적인 것이기 때문에, 이과계의 모든 학생들에게 실시된다.
2학년 III학기에서는 전문교육과목만 수강하게 되어, 전문기초화학이 시작된다. 이것은 2학년 IV학기로 이어져, 물리화학개론 ·무기분석화학개론 ·유기화학개론 및 생물화학개론으로 점점 더 전문화되어 간다. 개론과 거의 동시병행적으로 각각의 연습이 실시된다. 이 연습은, 머리로 들어온 지식을 실제로 몸에 익히기 위한 중요한 과목이다. 이것은 고등학교에서 한 것과 같이, 각각의 개론에 대하여 문제를 내고, 그것을 학생이 해답하는 형식으로 진행된다. 또한 화학 일반 실험이 시작되어, 월요일부터 금요일 오후는 태반이 이 실험으로 이루어 진다. 화학을 전문으로 하는 학생에게 필요하고 최소한의 실험방법이나 기기의 취급 방법을 지도하게 된다.
3학년 V학기에도 비슷하다. VI학기부터는 각 연구실에 배치되어, 더욱 전문성을 높인다. 3학년 후기 및 4학년 VII ·VIII학기에는, 각 연구실에서의 과제연구를 실시한다. 이른바 졸업연구이며, 약 1년 반 정도 충분한 전문지식을 익혀, 학회발표도 할 수 있을 정도의 졸업연구를 달성할 수 있다.
다른 대학의 이학부에서도 거의 비슷한 커리큘럼이 설정되어 있고, 넓은 범위에서 시작하여 최선단에 이르는 프로그램이 일반적이다.

입학 후 중요한 것

역시 자신의 장래설계를 빨리 세우는 것이 중요하다. 일생의 일로서 무엇을 해나갈 것인가, 화학분야에 들어왔기 때문에 화학 중에서도 어떤 분야를 전문으로 할 것인가, 등을 생각하기 바란다. 화학과의 학생으로서 3학년 (또는 대학에 따라서는 4학년)에 올라가게 되면 연구실에 배치되는 프로세스가 있다. 이 연구실 배치는 어느 정도는 장래에 나아가야만 하는 길을 결정하기 때문에, 어떤 선생님의 밑에서 어떤 연구를 진행하고 싶은가를 잘 생각하여 자신에게 맞는 곳에 소속하고, 최대한의 능력을 발휘하길 바란다. 예전부터 전해지는 ‘좋아하는 것이 잘할 수 있는 것이 된다’ 라고 하는 말이 바로 그 말대로 이다. 처음에 이야기했듯이, 자연과학 가운데에서는 화학은 ‘발견’의 가능성이 큰 학문분야이며, 깊은 주의를 기울이는 관찰력, 상식에 얽매이지 않는 유연한 생각이나 재치, 폭넓은 시야와 함께 하나의 일에 집착할 수 있는 능력을 가지고 있는 사람에게는, 성공이 기다리고 있을 지도 모른다.

졸업 후 진로

도호쿠대학 이학부 화학과의 예에 대하여 말하면, 학부졸업생의 약 95%가 석사과정으로 진학하고, 졸업 후 바로 취직하는 학생은 극소수이다. 대학원 입시의 합격률은 꽤 높고, 학부수준에서 배운 기초화학(물리화학 ·무기화학 ·분석화학 · 유기화학)을 익혀 두면 석사과정으로 진학하는 것은 그렇게 까지 어렵지 않다. 2년 간의 석사과정을 수료한 후에는, 3년간의 박사과정(박사후기과정)으로 올라갈까, 혹은 석사과정종료 후에 기업 등에 취직해서 사회로 나갈 것인가 이지만, 일본의 많은 화학기업이나 화학관련의 취직처는 학부 졸업생보다는 석사과정 수료자를 선호하여 채용하는 경향이 있다. 석사과정수료자 중 40%-50%의 대학원생은 계속 박사후기일정에 진학한다. 충분한 연구성과를 내고 박사후기과정(3년간) 수료 후에는 이학박사호가 수여되어, 대학이나 국립연구기관 등에서 연구자로서의 길을 시작한다. 포스트 박사라는 자신에 대하여 연구자로서의 시작을 여는 경우도 있다. 화학계의 학부 ·대학원의 졸업생은 취직에 관하여는 매우 좋은 기회가 주어지고, 대부분이 대학원에 취직할 수 있는 상황이다.

다양화한 화학분야를 폭넓게 배운다.

많은 대학의 화학과는, 물리화학, 무기화학, 유기화학, 분석화학의 4부문을 준비하고, 여기에 고분자화학이나 생물화학 등도 추가하고 있다. 물리화학에서는, 원자나 분자의 구조, 희박용액의 성질, 전기화학 ·광화학 ·계면화학 · 콜로이드화학 ·양자역학의 기초개념, 화학결합과 분자의 전자구조 등을 배운다. 무기화학에서는, 금속과 그 산화물, 산 ·염기, 착화합물 등의 강의를 받는다. 유기화학은, 쇄식 ·화학적 성질 등에 대하여 습득한다. 분석화학에서는, 성실의 이론, 중량분석, 기기분석 등이 이수내용이 된다.