물질의 세계로 가는 여행

 

물질의 세계로 가는 여행

 

원자나 아주 작은 구슬은 1nm(나노미터)의 10분의 1크기이다.

즉 1m를 100억분의 1로 나눈것으로서 1m에서 100억개의 원자를 한 줄로 세울수가 있겠다.

원자는 이처럼 정말 작다.

 

물질과 물질 사이에 본질적 차이점은 화학성분에 있다.

왜 이러한 차이가 나타나는지 물질속으로 갈수 있도록 우리들의 신체를 줄여보면 안다.

물질 속으로 들어가면 우리는 서로 밀착돼 있는 엄청난 양의 구슬에 쌓여버린다.

이 구슬은 원자로 화학의 건축물을 만들때 필요한 벽돌과 같다.

예로 철못은 거의 철의 원자만으로 구성이 되있다.

또 아연으로 된 빗물받이는 천문학적 수의 아연 원자로 구성돼 있다.

 

철 못은 몇개의 철 원자로 이루어 져 있는가?

어마어마한 숫자다.

 

일반적으로 우리 주위에 있는 물질들( 우유병, 신체, 나무, 돌맹이) 이 단 한 종류만의 원자로

이루어진 것은 아니다.

물질은 여러 종류의 원자들이 묶여져 있다.

이러한 조합을 분자라고 이름한다.

예로 산소 원자 한개와 수소 원자두개가 결합되면 물분자 하나를 만든다.

 

우리 주변에 있는 여러 물질들은 92개의 천원 원자(이 중에 2개는 지구상에서 극소량만 흔적이 남았다.)

로 이루어져 있다.

 

또한 모든 분자들은 이 원자들의 조합인 것이다.

알콜을 만들고 싶은가?

그건 별일 아닐수 도 있다.

산소,수소,탄소만 있으면 된다.

 

 

화학자 하면 사람들은 흰머리가 헝크러진채 흰 가운을 입고 유리 시험관에 여러색상의 액체를 섞으며

연기가 피어오르다가 폭발시키는 장면을 떠올린다.

 

 

그러나 화학물질들이 반드시 위험한 것은 아니다.

1976년 이탈리아 세베소나 1984년 인도 보팔에서 일어난 대형 사고로 화학산업이 위험한 것이라는

생각을 많이 했지만, 화장품산업, 농산물가공업,에너지사업, 의학 등 여러가지 분야속에서 

수없는 발명품들이 쏟아졌고, 기술이 발전했다.

실제 화학은 너무나 다양하게 우리 주변 속에 숨겨져 있다.

욕실, 거실, 주방 까지 집속에 분포된 것이 화학이다.

그러므로 우리들의 일상은 매우 화학적이다.

 

 

기호로 가득한 표기방법

 

화학자들은 물질들을 화학적으로 단순한 방법으로 표현할 때 여러가지 원소 기호를 이용한다.

산소는 O라고 쓰고 탄소는 C라고 한다.

원리는 간단하나, 기호를 N으로 적는 질소처럼 예외도 있겠다.

수많은 원소들의 화학기호는 원소를 발견했을 때처럼 원소의 역사와 관계가 있다.

질소인 N은 라틴어 nitrogenium에서 전래되었다.

이 라틴언어는 '질산칼륨 만드는 것'이란 의미의 그리스오 nitro gennan에서 나왔다.

중세시대의 질산칼륨은 현대 네이팜탄의 조상인 '그리스불'의 무서운 화력을 다스리고 유용하게 하기 위해 

사용하였다.

 

화학기호가 Na인 나트륨은 수산화나트륨과 같이 여러가지 복합물의 구성으로 함유되는 금속 물질을 의미하는

라틴어 natrium을 생각해야 한다.

어떠한 것은 원소의 이름 그 자체에 후기를 내포한다.

안티몬은 독성이 있는 이 원소의 혼합물이 중세시대에 수없는 연금술사들의 목숨을 뺏어갔다.

그당시 연금술사들은 대개 수도사들이었으므로, 안티몬(anti+moine)이란 이름을 붙였다고 한다.

그러다만 그간 과학역사에서도 이 비화를 인정해 주지 않았다.

 

 

chemistry

 

 

화학의 시초. 원자의 정리

 

드미트리 멘델레예프(러시아의 화학자)는 1869년 까지 발견하였던 모든 원소들을 정리해서 주기율표를 

만들어 냈다.

 

우선 각각의 질량에 따라 분류하였다. 

 

멘델레예프는 원소명을 제일 가벼운것부터 무거운 것 순서로 정리를 했다.

 

그는 원자량 순으로 원소분류시 화학적 특징이 비슷한 것을 위아래에 배치를 하였다.

 

그러다 보니 분류표의 중간부분에 빈 공간이 나타났다.

아직 발견하지 않은 원자가 들어갈 부분이었다.

 

이 구멍들은 진짜로 새 원소를 발견하면서 나중에 채워진다.

 

1955년도 원소주기율표의 아버지인 멘델레예프의 업적을 기리려고 후세의 과학자들은

고 방사성인 원자번호101번의 원소이름을 멘델레븀이라고 칭했다.

 

현대에는 질량순서가 아닌 번호순서로 분류하였다.

원자번호는 원자속 핵 속에 있는 양성자, 즉 프로톤의 갯수를 의미한다.

또 지금의 분류표에는 원자번호 순서로 나란하게 자리매김 되있다.

같은 줄에 위치한 원소들은 비슷한 화학 특징을 가진다.

그런데 그 세계로 여행을 가려면 그 속에 있는 양전하를 빼고는 말할수 없다.

 

 

원자의 내부

 

물질속으로 여행을 계속 하자. 금 원자와 납, 탄소 원자를 구별하는 방법은 무엇일까?

 

예전부터 원자의 구성을 알아내기 위하여 여러 학문들이 각각 앞섰다.

 

과학, 시학, 철학, 전부 나름대로의 가정을 내세운다.

 

원자의 구조를 밝힐 첫째 실험 결과를 얻기 위하여 20세기 초까지 기다림은 계속됬다.

 

 

양성자,중성자, 그리고 전자.

 

원자는 그 중심에, 매우 작고 단단하며 무거운 핵이 존재한다.

 

핵은 양성자(양전하 입자)와 중성자 등 미립자고 구성이 되있다.

 

이 핵 주위를 아주 가벼우며 최대한의 공간을 차지하는 전자가 채운다.

 

핵이 양전하를 포함하는 반면 전자는 음전하를 띤다.

 

전자가 가진 음전하와 같은 양의 양전하가 핵속에 있으므로 원자는 대개 중성을 띤다.

 

더 앞서나가자면 아무 뜻도 없어 보이는 음전하와 양전하가 바로 물질이 가지는 화학적 특징과 많은 화학적 현상을

 

일으키는 이유이다.

 

모든 원자들은 핵(양성자와 중성자) 그리고 전자로 이루어진다.

 

납과 금은 단지 이 미립자의 수가 다른 것이다.

 

금의 원자는 중성자와 양성자 79개, 전자79개를 내포하고, 납의 원자는 중성자와 양성자 82개, 전자가 82개로 구성되 있다.

 

이 소립자의 수가 각 원자가 서로 다른 특징을 가지는 것이다.

 

탄소원자(전자6개, 양성자 6개, 중성자)에다 전자 2개와 양성자2개 중성자 약간을 보태면 산소 원자를 얻을 수 있다.

 

미립자의 수가 바꿔지면 원자의 특징과 명칭이 바껴진다.

 

 

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