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▶ 청바지는 왜 청바지일까?

     19세기 골드러시가 한창이던 시절 광부의 작업복으로서 탄생한 바지. 7~80년대 청춘과 저항의 상징을 거쳐 21세기를 살아가는 현대인들의 '캐주얼 복장'의 대명사로 자리 잡은 의류. 다채로운 역사를 가지고 있는 청바지는 처음 개발된 이래로 지금까지 수많은 사람들의 사랑을 받았습니다. 한 조사에 따르면 2018년 기준 전 세계의 청바지 시장 규모는 약 735조 원 규모였다고 하는데요. 그만큼 국적을 가릴 것 없이 세계의 수많은 사람들이 청바지를 애용하고 있음을 잘 보여주는 수치라고 생각합니다.

     오늘날의 청바지(jean)는 단순히 특정한 색상의 바지를 뛰어넘어 '데님(denim)' 직물 혹은 그와 비슷한 질감의 직물로 만들어진 바지를 통칭하는 용어로 변모하였습니다. 하지만 여전히 청바지 하면 떠오르는 이미지는 그 이름에 걸맞게 '푸른색'을 띠고 있는 바지이죠. 그런데 도대체 청바지는 왜 '청(靑)바지'인 걸까요? 오늘 포스팅에서는 여러 가지 다양한 '색소'들을 살펴보면서 이에 대한 답도 찾아보고자 합니다!

▶ '색소'는 왜 색깔을 띨까?

     물체가 색을 띤다는 것은 어떤 의미일까요? 그 전에, 우리가 물체를 '본다'는 것은 어떤 의미일까요?

     우리가 소위 '빛'이라고 부르는 '전자기파(electromagnetic wave)'는 그 파장에 따라 자외선, 적외선, X-선 등 다양한 종류로 분류됩니다. 그 중에서도 인간이 볼 수 있는 전자기파는 380 nm ~ 780 nm 파장대로, 이 영역의 전자기파를 우리는 '가시광선'이라고 부릅니다. 우리가 평소에 눈으로 보는 모든 물체는 1) 스스로 가시광선 영역의 빛을 내고 있거나 (광원) 2) 광원으로부터 나온 가시광선을 반사시키는 성질을 가지고 있습니다. 가령 태양이나 전구는 스스로 빛을 내는 광원인 반면, 달이나 나뭇잎은 스스로 빛을 내지는 않고 태양으로부터 나오는 빛을 반사하는 성질을 가지고 있죠. 인간의 '눈'은 이러한 두 가지 방식으로 물체에서 튀어나오는 빛을 자극으로 받아들이고 이를 전기 신호로 전환하여 뇌로 전달합니다. 눈으로부터 온 신호를 받아들인 뇌는 정보를 처리함으로서 빛이 튀어나온 물체에 대한 종합적인 판단을 내리게 되죠. 이것이 바로 우리가 물체를 '보는' 원리입니다.

     인간의 눈에는 보통 세 종류의 서로 다른 '원추세포'들이 있습니다. ¹ 각각의 원추세포는 400 nm 대 (청원추세포), 500 nm 후반 ~ 500 nm 중반 (녹원추세포), 500 nm 이후 (적원추세포) 파장대의 가시광선에 특히 민감하게 반응하는데요. 같은 파장의 가시광선에 대해서 세 종류의 원추세포가 서로 다른 민감도를 보이는 덕분에, 우리 눈은 서로 다른 파장을 가진 빛을 다른 자극으로 받아들이고 다른 정보로 처리할 수 있게 됩니다. 그리고 이것이 바로 색에 대한 감각, 즉 '색각'입니다.

     세상의 모든 광원이 같은 파장의 빛을 내뿜거나, 광원이 아닌 물체가 모든 파장의 가시광선을 반사할 수 있는 것은 아닙니다. 특히 광원이 아닌 물체의 표면에 빛이 입사되는 경우, 어떤 파장의 빛은은 물체 내로 흡수가 되는 반면에 어떤 파장은 물체 표면에서 반사되고, 심지어 어떤 파장의 빛은 물체 내부를 투과해 나오기도 하죠. 따라서 무슨 물체를 바라보는지, 광원은 무엇인지에 따라서 우리 눈까지 도달하는 가시광선의 파장이 달라지게 되는데요. 이것이 바로 세상에 존재하는 여러 물체들이 '서로 다른 색'을 띠는 이유입니다!

     그렇다면 색소는 도대체 무엇일까요? 왜 아무 색도 띠지 않고 있던 물체에 색소를 뿌리면 색을 띠게 되는 것일까요?

     우리가 흔히 색소로 활용하는 물질은 크게 두 종류로 구분됩니다. '발색단(chromophore)' 이라는 구조를 가진 유기 화합물과 전이금속을 포함하고 있는 무기 화합물이죠. '카민(carmine)' 색을 띠는 '코치닐(cochineal)' 색소의 '카민산(carminic acid)'이 대표적으로 발색단을 가진 유기 색소이고, '프러시안 블루(Prussian Blue)' 색을 띠는 '페로시안화철(Ferric ferrocyanide)'이 대표적으로 금속을 포함한 무기 색소인데요. 이러한 물질들은 공통적으로 화합물 내에서의 전자의 에너지 전이를 통해 가시광선 영역 대의 전자기파를 흡수 또는 방출하는 성질을 가지고 있습니다. 화학공학이 발달하기 전 인간은 주로 자연으로부터 색소를 얻었습니다. 동물이나 식물을 짓이기면 나오는 즙을 활용하거나, 혹은 광물을 가루 형태로 곱게 간 뒤에 물이나 다른 액체에 갠 것을 주로 활용하였죠. 그리고 현대에도 여전히 이러한 색소들은 '천연 색소'라는 명칭으로 널리 활용되고 있습니다. 가령 기분 좋은 달콤함과 특유의 연분홍빛이 특징인 딸기우유의 경우 앞서 소개드린 '코치닐' 색소로 색을 내는데요. 이 코치닐 색소는 '연지벌레'라는 벌레를 말린 다음 가루로 빻고 이를 다시 에탄올에 넣어 끓이는 방식으로 추출한다고 알려져 있습니다. 

     한편 최근에는 화학과 공학 기술의 발달로 천연 색소를 대체할 합성 색소의 대량 생산은 물론 천연 색소로는 구현하기 힘들었던 색을 구현할 수 있는 다양한 색소들이 활용되고 있습니다. 그렇다면 우리가 일상생활에서 자주 마주하는 색들은 어떤 색소로 구현이 되고 있을까요? 우리가 쓰고 있는 색소들 중 무기 색소는 무엇이고 유기 색소는 또 무엇일까요? 한 번 더 자세히 알아보도록 합시다!

▶ 코발트 블루 물결 눈부신 바다

     무기 색소로 표현할 수 있는 색 중에서도 대표적인 것은 바로 '코발트 블루(Cobalt blue)'입니다! 상상만 해도 기분이 좋아지는 진한 푸른빛 물결의 바다를 묘사할 때 종종 쓰이는 색이기도 하죠. 제가 요즘 즐겨 듣는 <상상더하기> 라는 노래에도 등장하는 색인데요, 이름에서도 알 수 있듯이 '코발트'라는 금속 원소가 알루미늄 산화물과 결합되어 만들어지는 결정과 그 결정의 색을 의미합니다.  

     여담으로 옛날 독일에는 코발트가 포함된 광물을 캘 수 있는 광산이 많았다고 해요. 그래서 광산 안에 있던 광물의 푸른 빛이 독일 설화에 등장하는 광산에 살고 있는 요정 같은 존재인 '코볼트(Kobold)'의 눈 색깔과 같다는 의미에서 이 원소에 '코발트(Cobalt)'라는 이름을 붙였다고 합니다! 동양에서 '청자'에 그림을 새겨 넣을 때 쓴 푸른 색소인 '회청(回靑)' 도 이 코발트를 포함한 염료인데요. 이처럼 코발트 블루는 동서양을 막론하고 옛날 사람들도 푸른색이 필요한 곳에 코발트 블루를 종종 활용했습니다.

      '크로뮴 옐로우(Chromium Yellow)' 역시 금속을 포함하고 있는 대표적인 무기 색소입니다. 밝고도 진한 노란색이 특징인 이 색소는 6가 크로뮴 산화물²에 납이 결합되어 있는 물질인데요. 납이 포함되어 있는 노란색 화합물이라는 뜻에서 '황납'이라고도 부릅니다. 빈센트 반 고흐가 자신의 작품들, 특히 해바라기를 그린 작품들에 이 물감을 애용한 것으로 유명하죠. 하지만 이 색소는 두 가지 치명적인 단점을 안고 있는데요. 한 가지는 자외선에 노출이 되면 점차 색이 바랜다는 것이고, 다른 한 가지는 납과 6가 크로뮴 모두 뇌손상이나 폐암 등 치명적인 질병을 유발할 수 있는 금속이라는 것입니다. 이 때문에 현대에는 정말로 이 색상이 필요한 경우를 제외하고는 다른 대체 색소들을 많이 활용하고 있으며, 이 색소를 쓰더라도 체내에 흡입을 하지 않기 위해 방진마스크를 쓰고 도색을 하는 것을 권고하고 있습니다.

     앞서 소개드린 두 물질과는 달리, 지금 소개드릴 색소와 색은 한 화학자에 의해 주도적으로 개발이 된 물질입니다. 바로 '셸레 그린(Schelee's Green)' 입니다. 셸레 그린은 1775년 스웨덴의 화학자 칼 빌헬름 셸레(Karl Wilhelm Schelee)가 연구 도중 발견한 물질로, 비소산과 구리가 결합된 화합물을 정제한 것입니다. 이 당시만 해도 초록색을 띠는 색소는 자연적으로 형성되는 광물에서 얻기도 어려웠고, 그렇다고 식물을 짓이기면 나오는 즙을 쓰는 것도 한계가 있었는데요. 그 덕분에 저렴한 값에 대량 생산이 가능했던 셸레 그린은 옷과 그림은 물론이고 벽지, 가정용품, 심지어는 식품에까지 광범위하게 사용되었죠. 셸레 그린의 선풍적인 인기에 힘입어 이 물질과 유사하게 비소와 구리를 포함하고 있는, 우리가 흔히 '에메랄드 그린(Emerald Green)'이라고 부르는 초록색을 띠는 '패리스 그린(Paris Green,  (CH₃CO₂)₂ㆍ3Cu(AsO₂)₂ )'도 개발되어 불티나게 판매가 되었습니다. 그런데 이 색소들에는 단 한 가지 매우매우 치명적인 문제가 있었는데요. 바로 '비소'가 포함되어 있다는 것이었습니다. 비소는 조선 시대에 사약으로 애용(?)되었던 '비상(砒霜)'이나 제 1차 세계대전 당시 화학전에 활용되기 위해 개발된 화학 무기인 '루이사이트(Lewisite)' 등 살상이 목적인 독극물에 포함되는 원소인데요. 체내에 흡입되면 우리 몸의 '에너지 화폐'인 ATP의 생산을 억제하거나 DNA 구조를 망가뜨리는 방식으로 목숨을 앗아갑니다. 이 색소들은 워낙에 광범위하게 쓰인 만큼 수많은 피해자들을 나았는데요. 일부 문화학자들은 서양권에서 맹독을 묘사할 때에 초록색으로 칠하는 이유가 바로 이 때의 영향이 컸을 것이라고 설명하기도 합니다. 또 일부 사학자들은 나폴레옹 보나파르트(Napoleon Bonaparte)의 죽음이 그의 집에 발려 있었던 녹색 벽지에서 나오는 비소에 중독이 된 결과라는 가설을 꾸준히 제기하기도 하죠.

▶ 석유에서 색을 뽑아내다

     옛날 사람들이 무기 색소들을 주로 광물로부터 얻었다면, 지금부터 소개드릴 유기 색소들은 주로 식물이나 동물의 즙에서 얻었습니다. 그 중에서도 대표적인 것이 바로 짙은 남색 계열의 색소인 '인디고(Indigo)' 입니다. 인디고는 뿔소라 혹은 '인디고(Indigofera Tinctoria)'라는 식물에서 얻을 수 있었는데요. 식물의 이름이 그대로 물질의 이름이자 곧 색의 이름이 된 독특한 색소이죠. 독일의 화학자 '아돌프 폰 바이어(Adolf von Baeyer)'가 1880년 최초로 합성에 성공한 이 염료는 이후 '칼 휴먼(Karl Heumann)'에 의해 처음으로 공업적 합성법이 제시되었고, 독일의 거대 화학공업 회사인 '바스프(BASF)'에 의해 최초로 대량 합성이 이루어졌으며, '에보닉(Evonik)' 사(社)의 전신 격인 '데구사(Degussa)' 소속의 요하네스 플레거(Johannes Pfleger)가 보다 개량된 공정을 개발하여 현재까지 활용되고 있습니다. 

     참고로 최초의 청바지는 물론이고 미국의 유명 청바지 브랜드인 리바이스(Levis)의 창업자 리바이 스트라우스(Levi Strauss)가 최초로 상업화한 청바지 역시도 인디고 염료로 염색이 되었는데요, 이 때문에 청바지의 상징색이 '청색'이 된 것이랍니다! 현재도 수많은 청바지 제품에 합성 인디고 염료가 사용되고 있는데요. 몇몇 약품만 있다면 청바지에 물들어 있는 인디고 염료를 다시 가루 형태로 뽑아내는 것도 가능합니다! 이번에 한국화학연구원에서 유튜버 '공돌이용달' 님과 함께 만든 유튜브 쇼츠 영상도 한 번 보고 가시면 좋을 것 같아요!!

     앞서 소개드린 인디고 분자에 브로민화 반응을 진행하면 보라색의 염료가 얻어지는데요. 이것이 바로 뿔소라로부터 얻을 수 있었던 보라색인 '티리언 퍼플(Tyrian Purple)' 입니다. 티리언 퍼플은 추출할 수 있는 뿔소라 자체도 굉장히 한정적인 지역에서 채취할 수 있었을 뿐더러 뿔소라 수천 마리를 잡더라도 극히 미량의 색소만을 얻을 수 있었기 때문에 예로부터 매우 귀한 염료로 취급되었습니다. 이는 곧 '보라색'이 여러 국가에서 귀족을 넘어 왕만이 사용할 수 있는 색상인 이유이기도 했죠. 하지만 '모브(Mauve)'의 등장 이후 모든 것이 변화하였습니다. 원유를 정제한 후 남은 찌꺼끼라 할 수 있는 타르를 연구하던 윌리엄 퍼킨(William Perkin)은 1802년 우연한 계기로 보랏빛을 띠는 색소인 '모베인(Mauveine)'을 발명하게 되는데요.  "인류 최초의 합성염료"인 모베인의 대량 생산이 이루어지면서 인류는 드디어 값싸게 '보라색'을 생산할 수 있는 길이 열렸고, 일반 서민들도 마음 놓고 보라색을 향유할 수 있는 시대가 찾아왔습니다! 역사에 만약은 없다고 하지만, 퍼킨의 발명이 아니었다면 어쩌면 대한민국을 넘어 세계를 춤추고 노래하게 한 월드 스타 BTS 의 상징색은 보라색이 아니었을 수도 있겠네요 :)

     '모베인'을 발명한 윌리엄 퍼킨의 업적은 한 가지가 더 있습니다. 바로 모베인을 뽑아낸 그 타르에서 붉은색 계열의 합성 염료인 '알리자린(Alizarin)' 도 뽑아내는 데에 성공한 것인데요! 서론에서 카민에 대해 설명할 때 연지벌레라는 벌레의 즙에서 색소를 추출했었다고 말씀드렸죠? 다른 색들과 마찬가지로 붉은색 색소 역시도 광물, 식물 혹은 동물에 의존했었는데요. 알리자린의 발명 덕분에 보다 다채롭게 색을 표현하는 것이 가능해졌고, 그 중 하나가 바로 짙은 선홍색을 의미하는 '크림슨(Crimson)'입니다. '알리자린 크림슨(Alizarin Crimson)'이라는 색채는 바로 이 알리자린을 활용하여 만들어낸 크림슨 색이죠. 젊음과 열정의 상징인 크림슨 색은 국내에서는 고려대학교, 해외에서는 하버드 대학교의 상징색으로도 유명한데요. 이와는 상반되게 영어권에서 'Crimson'은 '핏빛' 과도 종종 엮이고는 합니다. 가령 세계적으로 인기를 누리고 있는 게임인 <리그 오브 레전드>에서 피를 활용하는 마법사 컨셉트를 가진 '블라디미르' 라는 챔피언은 영어로 'The Crimson Reaper(진홍빛 사신)' 이라는 이명을 가지고 있죠.

     색소에 대해 이해하려는 화학자들의 노력이 없었다면 지금처럼 일상적으로 만화를 즐길 수도, 알록달록한 옷으로 자신만의 개성을 표현할 수도 없었을 것입니다. 이처럼 화학과 화학공학의 발전은 세상을 보다 다채로운 색으로 물들이는 데에 큰 도움을 주었습니다! 어떠신가요? 화학이 만들어나가고 있는 다채로운 세상, 더 궁금하지는 않으신가요? 앞으로 제가 풀어낼 이야기들을 많이많이 기대해주세요!!

[참고문헌]

- 유지연, “"새로 사지 말고 오래 입어라" 앞장서 권하는 청바지 회사들”, 중앙일보, 2020년 10월 21일 수정, https://www.joongang.co.kr/article/23900017#home

- 식품의약품안전처, “코치닐추출색소”, 식품의약품안전처 식품 및 식품첨가물공전, 2022년 6월 30일 접속, https://www.foodsafetykorea.go.kr/foodcode/04_03.jsp?idx=468

- NIH, “Prussian blue”, PubChem, 2022년 6월 30일 접속, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Prussian-blue#section=Canonical-SMILES

- 스브스뉴스, [뉴띵EP.10] ★세계 최초★ 연지벌레 없이 딸기우유 마시는 방법 공개!!! / 스브스뉴스, 유튜브 스브스뉴스 SUBUSUNEWS 채널, https://youtu.be/bfok8Fmvojo

- LG에너지솔루션, “배터리의 근원을 찾아서 – 코발트 편”, 배터리인사이드, 2021년 11월 11일 수정 https://inside.lgensol.com/2021/11/%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EC%9D%98-%EA%B7%BC%EC%9B%90%EC%9D%84-%EC%B0%BE%EC%95%84%EC%84%9C-%EC%BD%94%EB%B0%9C%ED%8A%B8-%ED%8E%B8/

- 임동욱, “햇빛이 망쳐놓은 반고흐의 그림”, ScienceTimes, 2011년 2월 22일 수정, https://www.sciencetimes.co.kr/news/%ED%96%87%EB%B9%9B%EC%9D%B4-%EB%A7%9D%EC%B3%90%EB%86%93%EC%9D%80-%EB%B0%98%EA%B3%A0%ED%9D%90%EC%9D%98-%EA%B7%B8%EB%A6%BC/

- 한림학보, “[색깔의 인문학] 비소 섞인 살인염료 셸레그린은 스웨덴 화학자 작품 천, 벽지, 음식 색소로 사용돼 많은 이들 사망케 해”, 2022년 5월 23일 수정, http://news.hallym.ac.kr/news/articleView.html?idxno=11324

- LG케미토피아, “원소로 보는 화학사 VOLUME 023. ‘원자번호 33번 비소(As)을 소개합니다’”, 2018년 4월 25일 수정, https://blog.lgchem.com/2018/04/25_as/

- 정은희, <과학교사가 알려주는 원소이야기 32. 비상의 원소, 비소>, 롯데정밀화학 공식 블로그_it's Fine:티스토리, 2016년 8월 16일 수정, https://www.finelfc.com/439

- Evonik, “JOHANNES PFLEGER, CHEMIST”, 2022년 6월 30일 접속, Evonik, https://history.evonik.com/en/personalities/pfleger-johannes

- 강석기, “[강석기의 과학카페] 청바지 파란색 인디고, 녹색으로 거듭날 수 있을까?”, 동아사이언스, 2018년 1월 23일 수정, https://www.dongascience.com/news.php?idx=21209

- 사이먼 가필드 저, 공경희 역, 『모브』, 웅진지식하우스: 서울 (2001)

- 색상 헥스코드 참조 : '디자인빛' 블로그. https://m.blog.naver.com/PostList.naver?blogId=cbh3cbh3

[이미지 출처]

- 독 wallpaper : Downloaded at Wallpaper Flare
- Levis Jean : Pictured by ajay_suresh at Filckr, https://flic.kr/p/2daLfNj
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