우리 아이가 야무진 과학씨에 빠진 이후로 야무진 과학씨는 출간과 함께 보게 된답니다.

어려운 과학에 대해 쉽고 접할 수 있고, 재미있게 볼 수 있는 책이랍니다.

물질에 대한 궁금증을 풀어 나가다 보면 우리 눈에 보이지 않을 정도로 작은 원자의 세계가 있다는걸 알게 되지요. 원자는 물질을 구성하는 작은 알갱이로 영어로는 아톰이라고 해요. 아톰은 더 이상 쪼갤 수 없는 알갱이라는 뜻이지요. 몇 종류의 원자만으로도 수많은 종류의 물질이 만들어지는 물질 세계의 비밀, 그 비밀이 원자의 세계에 숨어 있답니다.

아무나 함부로 엿볼 수 없는 세상이라서 더욱 흥미로운 원자의 세계에 푹 빠져보세요.

 

사람들은 물체를 만들 때 쓰임새에 가장 알맞은 물질을 골라 써요. 물질은 저마다 성질이 다르기 때문에 그 물질이 가지고 있는 좋은 성질을 살려 여러 가지 물체를 만드는 거랍니다. 물질마다 색깔, 촉감, 단단한 정도, 구부러지는 정도, 물에 뜨는 정도 등이 다른데 이렇게 물질이 가지는 고유한 성질을 물질의 특성이라고 해요. 겉보기 성질은 물질을 구별할 때 가장 쉽게 이용할 수 있지만, 단점도 있어요. 서로 아주 비슷한 물질은 정확히 구별해 내기 어렵고, 독이 있는 물질은 냄새를 맡거나 맛을 보다가 크게 다칠 수도 있답니다. 겉보기 성질로 구별하기 어려운 물질은 녹는 정도가 다른 성질인 용해도, 무겁고 가벼운 성질인 밀도를 통해서 알 수 있어요. 이 세상의 모든 것은 물질로 이루어졌고, 어떤 물질로 이루어졌는지에 따라 그 물체의 성질이나 특성이 달라지거든요.

 

도대체 물질이 무엇으로 이루어졌길래 이렇게 복잡한 세상을 만들 수 있는 걸까요? 이런 궁금증을 가진 사람이 아주 먼 옛날에도 있었답니다.

기원전 600년전쯤 그리스의 철학자 탈레스는 '만물의 권원은 물'이라고 했답니다. 그러다가 기원전 450년쯤, 엠페도클래스는 만물은 물, 불, 흙, 공기의 4개의 원소로 이루어져 있다'는 4원소설을 주장했구요. 아리스토텔레스가 4원소설을 발전시켜 '네 가지 원소 물, 불, 흙, 공기에 뜨거움, 차가움, 습함, 건조함이라는 네 가지 성질이 조합하여 물질이 만들어진다'라고 주장했지요. 시간이 흘러 17세기가 되자 아리스토텔레스의 생각이 틀렸다고 주장하는 사람이 나타났는데 바로 영국의 과학자 <보일>이랍니다. 보일이 최초로 과학적인 원소 개념을 제시한 덕분에 사람들은 물질을 과학적으로 탐구하기 시작했답니다. 프랑스의 과학자 라부아지에는 보일이 말한 원소의 개념을 좀 더 명확하게 설명하고 실험을 통해 물이 산소와 수소로 이루어졌다는 것을 증명했답니다. 라부지에는 1789년에 자신이 쓴 책에서 '어떤 방법으로도 더이상 분해할 수 없는 물질을 원소라고 한다.'라고 말하고, 다양한 실험을 통해 알아낸 33종류의 원소를 제시했어요. 그 가운데에는 열이나 빛처럼 물질이 아닌 것도 포함되어 있었고, 물질은 맞지만 원소가 아닌 것도 섞여 있었어요. 영국의 과학자 돌턴이 1803년에 '모든 물질은 더 이상 쪼개질 수 없는 작은 알갱이인 원자로 구성되어 있다.'는 원자설을 발표하게 됩니다. 돌턴에 이르러서야 원소와 원자의 관계가 맺어지게 되고, 그 뒤 계속해서 많은 과학자들이 열심히 연구한 결과 물질을 구성하는 원소들이 무엇인지 밝혀진거에요.

 

 

원자는 크기가 너무 작기 때문에 보통의 방법으로는 볼 수도 없고, 존재를 확인하기도 어려워요. 사람들은 돌턴 덕분에 원자가 존재한다는 사실을 알게 되었지만, 정체를 확인할 수는 없었답니다. 사람들은 오랫동안 원자에 대해 여러 가지 추측을 하고, 눈으로 볼 수 없는 원자의 모습을 그림으로 나타냈어요. 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있어요. 원자핵은 양(+)전기를 띠는 양성자와 전기를 띠지 않는 중성자가 똘똘 뭉쳐 있는 부분이고, 전자는 음(-)전기를 띠는 알갱이를 말해요. 한가운데에는 원자핵이 있고, 원자핵 주위를 전자가 아주 빠른 속도로 돌고 있어요. 원자핵과 전자가 없는 나머지 공간은 텅 비어 있어요.

원소 기호를 처음으로 만든 사람들은 중세 시대의 연금술사들이에요. 연금술사들은 자기가 알아낸 비법을 다른 사람들이 알아보지 못하도록 독특한 그림을 그려 원소를 나타냈어요. 자기만의 방법으로 원소를 표시하게 되고, 점점 더 많은 원소를 발견하게 되자 그림으로 원소를 표현하는 것이 어려워졌어요. 그래서 1813년에 스웨덴의 과학자인 베르셀리우스는 원소를 알파벳을 이용해 기호로 나타내자고 제안하고, 원소 기호는 원소 이름의 알파벳 첫 글자를 대문자로 나타내게 된거에요.

 

 

주기율표는 원소들을 규칙에 따라 배열해 놓은 표에요. 원소 사이의 공통점과 차이점을 기준으로 원소들을 배열해서 주기율표를 만들었어요. 요즘 주로 사용하는 주기율표는 1913년에 영국의 과학자 모즐리가 만든거에요. 모즐리는 원자의 질량이 아니라 원자 속의 양성자 수가 적은 것부터 많은 것 순으로 원소들을 배열했어요. 모즐리의 주기율표는 멘델레예프의 주기율표가 가지고 있던 문제점을 해결해주었어요. 주기율표를 보면 모든 원소 기호를 한눈에 알아볼 수 있고, 원소가 어떤 성질을 가졌는지, 원소 사이에는 어떤 규칙이 있는지 쉽게 파악할 수 있어 편리해요.

 

 

물질은 분자들이 모여 있는 정도에 따라 고체 상태, 액체 상태, 기체 상태가 돼요. 고체 상태인 물질은 분자들끼리 서로 끌어당기는 힘이 강해서 분자 사이의 거리가 아주 가깝고, 기체 상태인 물질은 분자들끼리 끌어당기는 힘이 거의 없어서 분자들 사이의 거리가 고체나 액체 상태보다 멀어요. 물질을 이루는 분자들은 가만히 멈추어 있지 않고, 끊임없이 빠른 속도로 움직이고 있어요. 확산이나 증발 현상은 분자들이 끊임없이 운동하고 있는 증거랍니다. 고체 상태보다 액체 상태에서, 약체 상태보다 기체 상태에서 분자 활동이 더 활발해요. 물질이 열을 받으면 분자 운동은 활발해지고, 분자들이 끌어당기는 힘은 약해져요. 반대로 물질이 열을 빼앗기면 분자 운동은 둔해지고, 분자들이 끌어당기는 힘이 세져요. 분자끼리 끌어당기는 힘이 세면 녹는점과 끓는점이 높고, 끌어당기는 힘이 약하면 녹는점과 끓는점이 낮아요.

 

 

이번에 <커다란 세계를 만드는 조그만 원자>를 통해 원자의 종류를 조합하면 새로운 물질을 만들 수 있다는걸 알았고, 물질마다 물에 녹는 정도가 달라 어떤 물질은 물에 작 녹고, 어떤 물질은 잘 녹지 않는걸 알게 되었어요. 그리고 소금이 설탕보다 먼저 바닥에 가라앉는 이유는 물에 녹을 수 있는 양이 설탕보다 적기 때문인 것도 알게 되었지요.

원자 세계의 아름다움을 즐기려면 많은 상상력이 필요하지만, 노력하면 누구나 원자가 만든 물질 세계의 비밀을 풀고 그 아름다움을 누릴 수 있어요. 커다란 세계를 만드는 조그만 원자와 함께 물질 세계에 대한 궁금증을 풀어 보세요. 그러다 보면 어느덧 마음속에 멋지고 아름다운 세상이 펼쳐질 거에요.