“주기율표에 온 세상이 들어 있어!”
원자의 구조에서부터 원소가 만드는 문화와 사회까지
이 세계의 아주 작은 지배자를 만나다
매일 먹는 음식, 병을 치료하는 약, 각종 생활 용품, 복잡한 기계와 반도체까지 세상의 모든 일에는 화학이 빠지지 않는다. 심지어 우리 몸속에서도 다채로운 화학 반응이 끊임없이 일어난다. 이때 우리가 ‘화학’이라고 부르는 일들은 전부 원소와 원자를 중심으로 이루어진다. 그야말로 세상에서 가장 작은 입자들이 이 세계를 지배한다고 해도 과언이 아니다. 화학 분야를 공부할 때 원소와 원자를 가장 기초 개념으로 알아야 하는 이유이다.
그런데 많은 청소년은 화학을 낯설고 어려워한다. 실제로 화학이라는 과목을 일찌감치 포기해 버리는 경우도 있다. 우리가 화학과 친해지려면 도대체 어떻게 해야 할까? 『기호를 알면 성격이 보이는 원소』의 저자는 주기율표와 먼저 친해져 보라고 권한다. 오랜 시간 화학을 공부하고 연구해 온 그는 청소년들이 화학에 대해 막연히 느끼는 거리감을 좁혔으면 하는 바람으로 이 책을 썼다.
『기호를 알면 성격이 보이는 원소』는 주기율표를 통해 원소가 우리 주변에서 어떻게 존재하는지를 흥미롭게 짚어 준다. 원소와 원자가 무엇인지와 같은 기본 개념은 물론이고 원자의 구조, 그에 따른 성질과 특성 등 118개 원소들이 어떻게 세상을 구성하고 있는지 이해하기 쉽게 안내한다. 또 원소가 인류의 발전에 어떻게 기여해 왔는지, 현재 우리의 생활 속에서 어떻게 활약하고 있는지 함께 살펴보며 청소년이 원소의 세계를 쉽고 편안하게 들여다볼 수 있도록 이끈다. 이를 통해 원소와 기초 화학에 대한 전반적인 지식을 이해할 수 있을 뿐만 아니라 그것들이 우리 삶과 어떻게 연결되어 있는지도 들여다볼 수 있다. 이 책이 들려주는 이야기들은 화학이 어렵고 딱딱하다는 편견에서 벗어나 우리가 살고 있는 세상을 탐구하는 매력적인 첫 걸음이 될 것이다.
-연필심과 다이아몬드가 형제라고?
-원자력은 원소의 다이어트 때문에 생길까?
-나무 태운 재가 옷을 하얗게 만든다?
주기율표로 만나는 원소들의 리얼 케미스트리!
서먹했던 화학과 나의 거리를 좁히는 118개 원소 이야기
세상은 무엇으로 만들어졌을까? 우리 주변의 수많은 물질은 모두 어디에서 왔을까?
이러한 질문은 아주 오랫동안 사람들의 관심사였다. 정답을 알 수 없어 추측만 할 수밖에 없던 때부터 과학자들은 물질을 이루는 성분과 입자에 호기심을 품었다. 그리고 그 비밀이 하나둘 밝혀지면서 원소에 대한 깊은 이해를 바탕으로 지금의 주기율표가 탄생했다.
물질을 이루는 아주 작은 입자에 대한 호기심은 우리의 삶에 많은 변화를 가져왔다. 멘델레예프의 주기율표를 거쳐 오늘날의 현대식 주기율표가 만들어지기까지, 그 과정에서 철학, 인문, 연금술, 의학, 과학 등 다방면에서 인류의 문화와 사회가 발전했다. 결국 인류의 역사는 물질의 근원이 무엇인가에 대한 답을 찾아 나가는 과정이었다고도 볼 수도 있다.
언뜻 보면 단순히 네모난 칸이 나열된 주기율표는 특별하지 않게 보일 수 있다. 하지만 주기율표 안에는 세상을 움직이는 놀라운 정보가 숨어 있다. 주기율표에는 지금까지 발견된 118개 원소들이 배열되어 있는데, 각각의 특성에 따라 일정한 규칙을 가지고 주기율표 안에 위치해 있다. 이 원소들이 일련의 법칙에 따라 결합하고 반응하면서 세상에 존재하는 수많은 물질을 만드는 것이다. 이런 원소에 대해 우리는 얼마나 알고 있을까?
『기호를 알면 성격이 보이는 원소』는 주기율표를 소재로 원소가 무엇인지, 원소가 어떻게 이 세상 모든 물질을 이루고 있는지를 살펴본다. 또, 원소들이 만들어 온 인류의 문화와 사회까지 이해하기 쉽게 안내하며 우리 주변 및 일상생활 속에서 원소가 어떻게 활약하고 있는지도 살펴본다. 뿐만 아니라 아직까지 발견되지 않은 원소 이야기도 소개하며 청소년이 화학에 한 발짝 더 다가설 수 있도록 돕는다. 더불어 풍부한 시각자료와 함께 늘 곁에 두고 원소와 친해질 수 있는 주기율표도 제공한다.
118개 원소가 모여 있는 주기율표를 알면 화학이 쉬워진다. 세상이 만들어진 규칙과 원리를 발견할 수도 있다. 그렇게 우리 주변의 원소를 하나씩 알아 가다 보면, 당연하게 여겨 왔던 일들도 새롭게 느껴질 것이다.
들어가는 글 - 주기율표가 뭐예요?
Chapter 1. 원소들이 사는 주기율표
1. 혼자서도 빛이 나는 솔로, 원소
2. 다양한 물질을 구성하는 그룹, 원자
3. 주기율표를 알면 물질이 보인다!
4. 주기율표가 우리에게 닿기까지
Chapter 2. 원자가 결정하는 원소의 주소
1. 원자 이야기 한번 들어 볼래?
2. 원자핵 주위를 맴도는 전자
3. 원자의 비밀에 집착한 사람들
Chapter 3. 주기율표에서 원소 찾기
1. 금속 원소는 딱딱할까 말랑할까?
2. 지각을 구성하는 비금속·준금속 원소
3. 까칠한 알칼리금속 원소가 궁금해?
4. 고유의 색깔을 가진 할로겐 원소
5. 혼자서도 당당한 비활성 기체
6. 주기율표에서 찾을 수 없는 원소도 있을까?
Chapter 4. 원소야 원소야, 뭐 하니?
1. 원소도 다이어트를 한다고?
2. 원소에게 나이를 물어봐!
3. 하늘을 넘어 우주로 날아갈 시간
4. 주기율표로 세상 바라보기
참고 문헌
참고 사이트
원소는 더 이상 다른 물질로 쪼개지지 않는 순수한 물질을 구성하고 있는 기본 성분입니다. 그리고 현재까지 알려진 원소의 종류는 118가지예요. 이 중 90여 가지는 자연적으로 만들어진 것이고, 나머지는 인공적으로 만들어진 원소랍니다. 원소를 실험실에서 인공적으로 만들어 낼 수 있다니, 참 놀랍죠?
그렇다면 우리가 매일 먹고 마시는 물은 원소일까요, 아니면 서로 다른 원소가 모여 만든 화합물일까요? 물을 전기 분해하면 수소(H) 원소와 산소(O) 원소로 분리됩니다. ‘물’이라는 물질로 존재하던 수소와 산소 사이의 결합이 깨졌기 때문입니다. 결국 물은 더 이상 분해할 수 없는 원소가 아니에요. 수소와 산소, 두 원소가 만든 화합물입니다.
주기율표에는 수소와 산소처럼 더 이상 다른 물질로 분해되지 않는 원소가 살고 있습니다.
_16~17쪽
양(+)전하를 띤 원자핵과 음(-)전하를 띤 전자 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 작용합니다. 이때, 전자가 원자핵을 당기는 힘보다 원자핵이 전자를 당기는 힘이 더 큽니다. 원자핵의 질량이 훨씬 무겁기 때문이에요. 그런데 전자는 왜 원자핵 속으로 빨려 들어가지 않을까요? 어떻게 원자핵 주위를 계속해서 돌 수 있을까요? 1913년 덴마크의 물리학자 닐스 보어(Niels Bohr)의 원자 모형이 발표되면서 그 이유를 설명할 수 있게 되었습니다.
보어는 전자를 발견한 톰슨과 원자핵의 양성자를 발견한 러더퍼드와 함께 원자 구조를 연구했어요. 러더퍼드는 ‘톰슨의 원자 모형’의 뒤를 이어 ‘러더퍼드의 원자 모형’을 제안했습니다. 하지만 어떻게 전자가 원자핵으로 빨려 들어가지 않고 원자핵 주위를 돌 수 있는지 설명할 수 없었죠. 이를 설명하기 위해서 보어는 전자가 오직 특정한 움직임만 가질 수 있다고 가정했고, ‘보어의 원자 모형’을 제시했습니다.
보어의 원자 모형은 마치 태양계를 닮았어요. 태양계의 행성이 태양을 중심으로 움직이듯 보어의 원자 모형에서는 원자핵 주위를 전자가 원형 궤도를 그리며 돌고 있는 모습이거든요.
_61~62쪽
아마 과학 시간에 ‘알칼리’에 대해 배웠을 거예요. 빨간 리트머스 종이를 파랗게 변화시키는 실험을 기억하나요? 염기성 용액은 리트머스 종이를 파랗게 만들죠. 이처럼 알칼리는 염기성을 띠면서 물에 녹았을 때 산성을 중화시키는 물질입니다.
알칼리금속은 주기율표에서 가장 첫 번째 족에 해당하는 원소예요. 1족 출신의 알칼리금속 원소는 원자가전자의 수가 1입니다. 가장 바깥 전자껍질에 단 1개의 전자를 가지고 있어요. 개성이 강한 원소라고 할 수 있죠.
우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 알칼리금속 원소에는 어떤 것들이 있을까요? 가장 대표적으로는 음식에서 찾아볼 수 있습니다. 음식을 만들 때 빠지지 않고 들어가는 것이 하나 있죠? 바로 소금입니다. 소금의 주성분은 염화소듐(NaCl)이라고도 부르는 알칼리금속 원소 화합물이에요. 소금을 구성하고 있는 소듐은 알칼리금속 원소랍니다. 주기율표를 살펴보면 1족 원소에 소듐이 속해 있는 것을 찾을 수 있죠.
_107~108쪽
사람들은 건강한 몸을 유지하기 위해 체중을 조절하기도 합니다. 흔히 다이어트라고 부르죠. 여러분은 다이어트를 해 본 적 있나요? 요즘은 여러 가지 이유로 한 번쯤은 다이어트를 하는 것 같아요. 그런데 원소도 다이어트를 한다면 믿을 수 있나요?
주기율표는 아래쪽으로 갈수록 원자 번호가 큰 원소가 위치해 있죠? 원자 번호는 원자핵이 가지고 있는 양성자 수라는 것을 이제 설명하지 않아도 잘 알고 있을 거예요. 즉, 주기율표의 아래쪽으로 갈수록 양성자 수가 많아지고, 당연히 부피도 무게도 크고 무거워집니다. 원자 ...번호가 커질수록 원자핵의 크기도 커지는 거예요. 그런데 원자핵이 크고 무거워지면 원소는 불안정해집니다. 다이어트를 해서 안정해지고 싶어 해요. 이때 ‘방사성 물질(방사선)’이 방출됩니다.
_143~144쪽
오늘날 우리가 편리하고 풍요로운 생활을 누릴 수 있는 건 지금까지 수많은 과학자가 인류의 삶을 개선하고자 노력한 결과입니다. 원소에 대한 이해와 과학 기술의 발전으로 그 어느 때보다 건강하고 편리한 삶을 살게 됐죠.
과학자들은 세상에 존재하는 물질의 비밀을 알아내려고 옛날부터 끊임없이 연구하고 또 연구해 왔습니다. 그리고 마침내 세상이 118가지 원소로 이루어져 있다는 것을 알아냈어요. 이 원소들을 연구하면서 자연에서 발견되기 어려운 새로운 물질을 만들어 내기도 하고, 식량 부족 문제 등 인류의 어려움을 해결할 수도 있었습니다. 뿐만 아니라 정보 기술 분야나 의학 분야에서도 원소의 특성을 이용해 질병을 치료하고 예방하는 기술을 끊임없이 개발하고 있습니다.
이처럼 인류는 원소와 함께 우리가 살아갈 세상을 만들어 왔어요. 그건 아마 앞으로는 마찬가지일 거예요. 그런 점에서 우리가 원소를 이해하고 주기율표를 살펴보는 것도 어쩌면 하나의 중요한 일이라고 할 수 있지 않을까요?
_172~173쪽
도영실 [저]
어렸을 때부터 호기심 많고 꿈 많은 아이였지만, 실패에 대한 두려움을 극복하지 못하고 포기한 꿈들이 참 많았다. 경북대 화학과를 졸업하고, 영국으로 떠나 교환학생으로 지내면서 더 깊이 공부해 보고 싶다는 동기 부여를 받았다. 이후 포항공대 대학원에 입학했고, 유기금속화학 박사학위를 취득했다. LG화학 기술연구소에서 9년간 근무하고, 다수의 논문을 집필했다. 지은 책으로 『그렇다면 실험실 죽순이가 될 수밖에』가 있다.
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