주기율표를 만든 원소 수집가들 - 실험실의 고인 물부터 과학계의 아이돌까지(방과 후 인물 탐구 13)

세상이 무엇으로 이루어져 있는지 알아내는 여정!

실험실의 고집쟁이 천재들이 온다

중학교 2학년 교과서는 ‘물질의 구성’ 단원으로 시작한다. 그리고 대망의 주기율표가 등장한다. 원소의 개념도 생소한데 알파벳 기호로 표기한 원소 기호와 그걸 표에 가득 채운 주기율표는 학생들의 숨을 턱 막히게 한다. 그러나 원소와 주기율표를 익히는 건 화학 공부의 기초 중의 기초다. 각 원소의 특성을 알고 주기율표상에 나타난 관계를 알아야 다음 단계로 나아갈 수 있다. 이 책은 원소와 주기율표에 한층 친숙해질 만한 이야기를 담고 있다.

지금까지 알려진 118개의 원소는 오랜 시간에 걸쳐 발견되었으며, ‘발명’이라고 할 만큼 부단한 노력으로 찾아낸 원소도 많다. 어떤 원소는 자연 상태에서는 찾을 수 없고 인위적으로 합성해야 만들어지기도 한다. 이 책에서는 바로 주기율표가 지금의 모습을 갖추기까지 빈칸을 채워 낸 과학자들의 이야기를 다룬다.

 

 

주기율표의 그 많던 빈칸들은 다 누가 채웠을까?

원소 외우기보다 수백 배 어려운 ‘원소 찾기’

 

멘델레예프는 자기가 만든 주기율표 안에서도 원소가 제 위치에 있지 않다고 생각되면 과감하게 수정했고, 그 자리에 들어갈 알맞은 원소가 없으면 빈칸으로 남겨 놓기도 했다. 사람들이 연구 결과에 빈칸이 웬 말이냐며 의아해하고 비웃었지만 그의 빈칸은 나중에 멘델레예프 자신과 후대 과학자들이 그 자리에 들어갈 원소가 무엇일지 예측하고 발견하는 데 큰 기여를 했다. 또 핵분열의 개념을 처음 제시한 이다는 오랫동안 학계에서 인정받지 못했지만 그녀는 자신의 말이 받아들여지든 그렇지 않든 꾸준히 관심 분야를 연구하며 평생 60편이 넘는 논문을 펴냈다.

원소를 찾아내는 것은 원소 기호를 외우는 것보다 수십, 수백 배는 더 지난한 과정이었다. 아직 세상에 알려지지 않은 물질을 분리하고 정의하는 일은 때로 그 시대의 이론에 정면으로 맞서거나 상식적이지 않은 방법까지 동원해야 가능하기도 했다. 한 가지 예로 캐번디시는 정밀한 실험으로 수소를 분리해 내고도 선배 과학자들이 신봉하던 플로지스톤 이론에서 벗어나지 못한 채 ‘가연성 공기’라고 불렀다. 그러나 라부아지에는 그것 역시 하나의 원소임을 알고 ‘수소’라는 이름을 붙였다.

 

 

낯선 원소의 세계와 친숙해질 기회

 

주기율표를 단순히 암기하려면 지루하고 막막할 수밖에 없다. 이 책의 별면에 실린 ‘개성 강한 원소 이야기’에는 고체나 기체 원소에서 초우라늄 원소에 이르기까지 각 원소가 어떤 특성을 지녔고 우리 일상생활에서 어떻게 활용되는지 친절하게 알려 주며 낯선 원소 기호와 친해지도록 이끌어 준다.

어려운 과학 용어와 기호들에 겁을 먹은 적이 있었다면, 또는 교과서에 이름만 잠깐 비춘 과학자의 일생이 궁금했다면 학교 수업의 문턱을 낮춰 주고, 역사에 한 획을 그은 인물들에게서 삶의 지혜를 배우고, 맨해튼 프로젝트와 핵의학 등 다른 분야의 배경지식까지 덤으로 챙겨 주는 이 책을 수업 전에, 방과 후에 조금씩 읽어 보길 권한다.

[목 차]

1. 실험밖에 난 몰라 _ 헨리 캐번디시

현자 중 최고 부자, 부자 중 최고 현자 | 사람을 만나는 게 지독하게 부끄럽다 | ‘산소’의 존재를 모르던 시절 | 순수한 플로지스톤을 찾아서 | 색도 맛도 향도 없는 이슬의 정체 | 캐번디시의 위대한 유산

[개성 강한 원소 이야기 - 우주에 가장 풍부한 원소부터 인류가 처음 사용한 금속까지]

 

2. 산소를 ‘발명’한 화학자 _ 앙투안 라부아지에

과학자와 공무원, 두 마리 토끼를 잡다 | 측정만이 답을 알려 준다 | 생명의 공기, 산소 | 실험은 한발 늦었지만 | 100년이 지나도 나오지 않을 머리

[개성 강한 원소 이야기 - 공기의 8할부터 액체 상태의 금속까지]

 

3. 대중을 위한 과학계의 아이돌 _ 험프리 데이비

라부아지에의 이론에 반박한 당돌한 청년 | 런던 과학계의 스타가 되다 | 전기와 화학, 드디어 만나다 | 칼륨, 칼슘, 나트륨… 금속 원소 사냥꾼 | 탄광 노동자들의 생명을 구한 발명품

[개성 강한 원소 이야기 - 소금의 재료부터 불꽃놀이의 붉은빛까지]

 

4. 수소는 H, 산소는 O _ 옌스 베르셀리우스

돌 속 원소를 찾아라 | ‘화학 왕국’의 공용어 |

불길한 붉은 찌꺼기의 정체 | 아침을 여는 연구자

[개성 강한 원소 이야기 - 우울증 치료제부터 암을 유발하는 원소까지]

 

5. 빛에 정체를 드러낸 원소들 _ 로베르트 분젠

실험실 사고로 한쪽 눈 시력을 잃다 | 분젠 버너, 자유롭게 쓰세요! | 환상의 짝꿍, 분광기를 만들다 | 온천물에서 태양의 성분까지 | 내가 발견한 것이 아니라 자연이 알려 준 것

[개성 강한 원소 이야기 - 청색 발광부터 초록색 발광까지]

 

6. 주기율표에 남겨 둔 위대한 빈칸 _ 드미트리 멘델레예프

우랄산맥을 넘은 어머니의 교육열 | 단순해야 과학이다 | 원소 카드놀이의 성과 | 주기율표의 아버지는 나야, 나! | 주기율표는 현재진행형

[개성 강한 원소 이야기 - 800가지 광물 안에 든 원소부터 인공적으로 만들어 낸 원소까지]

 

7. 게으른 기체를 부지런히 발견하다 _ 윌리엄 램지

불꽃놀이를 좋아한 소년 | 같은 의문을 가진 과학자와의 만남 | 게으른 기체 아르곤의 발견 | 태양의 원소를 지구로 | 비활성기체 사냥꾼

[개성 강한 원소 이야기 - 풍선 속 기체부터 우주선 엔진 기체까지]

 

8. 결국 이다가 옳았다 _ 이다 노다크

잃어버린 원소를 찾아서 | 주기율표의 같은 층 이웃에 집중하다 | 독일 화학계를 대표하는 여성 화학자 | 마수륨이 테크네튬이 되기까지 | 핵분열의 개념을 처음 제시한 과학자

[개성 강한 원소 이야기 - 10억 분의 1 원소부터 원자력 발전의 원료까지]

 

9. 인공원소 공장에 어서 오세요 _ 글렌 시보그

광산촌에서 버클리 대학으로 | 초우라늄 원소를 찾는 과학자들 | 기회는 준비된 자에게 온다 | 플루토늄, 원자 폭탄이 되다 | 생전에 원소의 이름이 된 과학자

[개성 강한 원소 이야기 - 무지갯빛 금속부터 화재 감지기까지]

 

표준 주기율표

교과 연계

참고 자료



[본 문]

당시 사람들은 물을 오래 끓이면 흙으로 바뀐다고 믿었는데, 라부아지에는 납득이 가지 않았어요. 의심을 해결할 방법은 객관적인 증명뿐이었지요. 그는 정밀한 저울로 물과 투명한 유리 용기의 정확한 무게를 재고, 용기에 물을 담았어요. 이때 사용한 물은 무려 8번이나 증류한 것이었습니다. 밀폐하고 101일이 지나자, 유리 용기 바닥에 앙금이 가라앉았어요. 라부아지에는 물의 무게, 유리 용기의 무게, 앙금의 무게를 모두 다시 측정했어요. 실험 결과 유리 용기의 무게는 줄어들었고, 물의 무게는 줄어들지 않았어요.

“새로 만들어진 앙금은 유리 용기의 성분이 녹아 나온 거야. 유리에 불순물이 없으면 앙금은 생기지 않지. 결국 물질은 생성되거나 파괴되지 않고 단지 형태가 바뀔 뿐이야.”

실험을 통해 질량 보존의 법칙을 확인한 거예요.

- 〈산소를 ‘발명’한 화학자 _ 앙투안 라부아지에〉 32~33쪽

 

“아, 대체 이걸 누가 만든 거냐고!”

마치 암호 같은 글자를 무작정 외우다 보면 원소 기호를 만든 사람이 원망스럽기도 하지요. 지금 우리가 쓰는 원소 기호를 만들어 낸 사람은 스웨덴의 화학자 옌스 베르셀리우스입니다. 베르셀리우스는 화학의 발전을 위해 다방면으로 노력했던 과학자예요. 그의 저서 《화학 교과서》는 화학을 공부하는 학생들에게 중요한 교재가 되었지요. 원소 기호 역시 학생들과 연구자들 이 쉽게 원소의 이름을 이해하고 표현하게끔 만든 규칙이랍니다. 그는 화학의 여러 측면에서 새로운 것을 만들어 냈어요. ‘단백질’이나 촉매와 같은 용어를 만들기도 했고 비커와 유리 깔때기, 거름종이 등 현대에까지 쓰이고 있는 여러 실험 도구를 발명하기도 했지요. 화학이 체계를 갖춘 하나의 학문이 되는 데 공헌한 바가 크답니다.

- 〈수소는 H, 산소는 O _ 옌스 베르셀리우스〉 66~67쪽

 

분젠은 자기 이름을 딴 ‘분젠 버너’를 설계하고, 하이델베르크 대학교의 기구 제작자 페터 드사가가 이를 만들었어요. 분젠 버너는 기존의 버너를 약간 변형한 형태였지만, 그을음이 없는 푸른색 불꽃을 내는 화력 좋은 가열 장치로 인기를 끌었습니다. 과학으로 이윤을 남기지 않겠다는 뜻에 따라 분젠은 1857년 버너의 디자인을 발표하며 특허를 내지 않았어요. 이후 분젠 버너는 유리 작품을 제작하거나 샘플을 가열하고 멸균 처리를 할 때 꼭 필요한 기구로 자리 잡았습니다.

〈ol〉〈빛에 정체를 드러낸 원소들 _ 로베르트 분젠〉 86~87쪽〈/ol〉

“아니, 연구 결과에 빈칸이라니?”

그의 주기율표를 본 많은 화학자들은 의아해했어요. “빈칸에 들어갈 원소는 아직 모릅니다. 하지만 언젠가 분명히 발견될 것입니다.”

멘델레예프의 위대함은 바로 이 ‘빈칸’에 있다고 말하기도 합니다. 멘델레예프의 주기율표는 단순하지만, 아직 발견되지 않은 원소들을 예측하고 발견하는 데 커다란 기여를 했어요.

당시 과학자들은 멘델레예프가 발표한 주기율의 중요성을 인식하지 못했어요. 멘델레예프만이 이 발견의 의미를 알고 있었지요.

- 〈주기율표에 남겨 둔 위대한 빈칸 _ 드미트리 멘델레예프〉 110~111쪽

 

핵분열은 곧 원자폭탄의 원리가 되었어요. 만약 독일 연구자들이 이다의 핵분열 이론의 의미를 먼저 깨달았다면 지금의 세계는 달라졌을까요? 오토 한은 1966년에 라디오에 출연해 과거를 회상했어요. 그리고 “결국은 이다의 말이 옳았습니다.”라고 이다 노다크의 업적을 인정했습니다.

이다는 1978년 9월 세상을 떠나기 전까지 물질에 대한 호기심을 멈출 줄 몰랐어요. 오랜 시간 암석을 연구했던 그녀는 지구화학과 광화학 분야에서도 활발한 연구 활동을 펼쳤고, 운석에 관한 연구로 인해 우주화학의 창시자로 불리기도 해요.

- 〈결국 이다가 옳았다 _ 이다 노다크〉 151쪽