어린이과학동아&수학동아 기사

안녕하세요. 김기자입니다.

원자가 세상 모든 만물을 구성하는 것은 이미 알고계실테니 넘어가겠습니다.

만약 원자에 대해서 잘 아는 화학과 물리학을 좋아하는 친구라면 '원자가 무엇인가'는 이미 알고 계실 것입니다. 그러면 두 번째 의문이 생기죠.

'원자는 어떻게 생겼나?'

138억년전, 빅뱅이 있었습니다.

그리고 얼마 뒤(물론 몇 억 년 뒤는 '얼마 뒤'라고 하기엔 깁니다만,그건 인간이 수명이 짧아서 그렇고 거대한 우주의 역사속에서는 10억년도 '조금 뒤'라고 쓸 수 있습니다.)

어쨌든 얼마 뒤, 수소 원자 몇 개가 생겼습니다. 그것들은 우연하게 모이고,모이고,모였습니다.

마침내 충분한 압력,중력,온도 등의 환경이 갖춰지자,수소 원자가 두개씩 합쳐져 '헬륨(비활성기체지만 끝에 on이 없고 ium으로 끝남.원자번호2번)'이 되었죠. 우리 태양도 현재 이런 작업을 하고 있습니다(수소원자 두개의 질량보다 헬륨한개의 질량이 더 가볍습니다. 그러면 수소 원자 두 개가 합쳐지고 남은 질량은 어떻게 되었을까요? 바로 다음 문장을 읽어보세요.알베르트아인슈타인의 '질량은 에너지도 될수 있다'라는 물리학 법칙에 따라 강력한 에너지가 나옵니다.

이 원리에 따라 태양이 열과 우주선(우주 방사선이라는 뜻. 절대로 우주비행사의 로켓이 아님.),에너지,빛 등을 내뿜습니다.

그리고 인공적으로 핵융합을 시도하여,남아도는 잉여 질량이 변한 에너지를 모으고 모아 거대한 도시를 날려버리는 폭탄이 바로 '수소폭탄'입니다.

 

자 그럼,자연에 기본적으로 있는 원소는 90가지 정도 입니다. 우라늄 이전에도 테크네튬 등 자연에 없는 원소가 있으니깐요.

 

그 원소들은 어떻게 생겼죠?

헬륨과 헬륨이 합쳐져서 베릴륨이 되었죠. 그리고 불안정한 베릴륨이 붕괴해 리튬이 되었고요.

리튬과 리튬은 탄소를 만들고,탄소가 붕괴해 붕소가 되고,베릴륨과 베릴륨이 합쳐져 산소가 되는 식입니다.

그리고 큰 원소를 만들때마다 핵융합 조건이 빡세지기 때문에,높은 원자번호의 원소를 만드려면... 안타깝지만 우리의 태양보다 몇십배는 큰 거대한 항성이 필요합니다.

어쨌든 계속 원소를 핵융합으로 만듭니다.

이게 계속 반복되어 92번까지 갈 것 같죠?

 

안타깝지만 아닙니다. 철까지만 갈 수 있습니다. 철 이상의 원소를 만들기 위해 핵융합 조건이 되는 온도,에너지,압력,중력 등이 원소가 만들어지면서 나오는 핵융합 에너지보다 더 많이들어가기 때문에,적자가 나는 것이므로 효율을 위해 항성은 철에서 핵융합을 멈춥니다.

 

그러면 코발트 이후의 원소들은 어떻게 만들어졌을까요?

 

항성이 수명을 다하고 죽으면 '초신성폭발'이 있습니다.

거기서 각종 방사선이 나오고,불안정한 원소들이 붕괴되고,아주 혼잡한 난장판이 되어버립니다.

그 사이에서 방사선에 맞은 26번 이전의 원소들이 방사선을 전자,양성자 등에 넣어서 더 원자번호가 높아집니다.

그래서 92번까지의 원소가 생겼죠.

 

그것들이 뭉쳐지고 어쩌고 해서 지구가 나온 겁니다.

 

자,이제 원소들의 생성 설명은 끝났으니 희토류에 대해 알아봅시다.

희토류 대부분은 스웨덴왕국의 섬마을 이테르비에서 나옵니다.

희토류는 자기들끼리 뭉쳐다니는 성질이 있거든요.

게다가 겉껍질의 전자개수가 똑같고,안쪽에 전자껍질을 넣어 구분이 훨씬 어렵습니다.

비유하자면 몽땅 다 초록색 옷을 입은 사람이 잘 안보이는 속옷으로 각기 다른 색깔을 입은 것과 같습니다.

 

그래서 희토류는 굉장히 구분하기가 힘들고,상당히 발견하기 힘듭니다.

 

사실,란타넘주기와 스칸듐족의 원소들은 희토류잖아요?

 

이테르비에서 무더기로 다른 원소들이 발견되어서...

'ytt'e'r'by

yttrium이트륨

 

'ytterb'y

ytterbium이터븀

 

yt'terb'y

테르븀

terbium

 

ytt'erb'y

erbium

에르븀

 

 

이것만 봐도 희토류가 뭉쳐다니다가 이테르비 마을에서 발견된 희토류의 공동체주의(?)는 상당하다는 것을 알 수 있습니다.

 

 

 

디디뮴이라는,사실은 여러 희토류가 혼합된 물질인데 잘못 알고 새로운 원소라고 부르는 일이 생겼던 적이 19세기 후반에 있었습니다.

그만큼 희토류가 구분하기 어렵다는 것이죠.

 

 

희토류도 이쯤에서 그만해보겠습니다.

 

 

갈륨. 갈륨에 대해서 들어보실래요?

 

갈륨은 준금속이지만 사람 손바닥의 온도로 녹아버리는 수은 같은 원소입니다.

 

폴 에밀 프랑수아 르 코크 드 부아보드랑이라는 프랑스의 귀족출신 화학자가 있었습니다.

 

러시아의 드미트리 이바노비치 멘델레예프가 예견한 원소(에카규소라고 부르던 갈륨)를 그가 발견했죠.

 

프랑수아 부아보드랑은 원자량 등 그 원소의 특성을 발표했습니다.

 

그러나 멘델레예프는 정작 자신이 발견자도 아니면서 '내가 만든 주기율표에 예측되었으니까 내말 따르라고'

하는 식으로 그 특성이 잘못되었다고 빡빡 우겼습니다.

 

멘델레예프를 사람들이 '지가 발견한것도 아닌주제에 말이 많아'하고 비판하여 멘델레예프는 욕을 먹었죠.

 

멘델레예프는 정신나간 짓을 한 겁니다.

 

그러나 일반적인 정신병자와 멘델레예프같은 정신병자의 차이점은,멘델레예프는 정신병자지만 자신이 우긴 특성이 사실은 부아보드랑이 아니고 맞았다는 것입니다.

발견자도 틀린것을 예측만 한 멘델레예프는 엄청난 통찰력이 있었던 것 같습니다.

나중에 부아보드랑은 멘델레예프에게 사과를 했죠.

 

재밌는 이야기죠?