물질 쫌 아는 10대

물질 쫌 아는 10대 - 물질 씨, 어떻게 세상을 이루었나요? ㅣ 과학 쫌 아는 십대 2
장홍제 지음, 방상호 그림 / 풀빛 / 2019년 2월

과냉각은 단어에서 느껴지듯이 어느 정도를 넘어선 냉각 상태를 의미하는데, 온도가 낮아짐에 따라 서서히 상전이가 일어나 고체 상태로 변환되는 것이 아니라, 급격한 냉각으로 인해서 어는점보다는 온도는 낮지만 여전히 액체인 상태를 의미해. 얼핏 생각하기에도 매우 불안정한 상태 같지.? 실제로 과냉각 상태에 있는 물질은 가벼운 충격이 가해지면 순식간에 얼어붙곤 해. 과냉각은 독특한 현상이라서 흔하게 관찰할 수 없을 것 같겠지만, 사실 아주 쉽게 볼 수 있어. 영하의 추운 겨울날, 지상보다 온도가 낮은 높은 하늘 위에 떠 있는 구름은 물방울로 이루어져 있어. 그렇다면 대체 어떻게 떠 있는 걸까? 구름을 이루는 물방울은 과냉각 상태라 섭씨 약 -38.5도까지도 액체상태로 존재할 수 있어.(p108)


물은 H2O라는 원자 배치를 가지고 있어. 가운데에 있는 산소가 양옆의 수소들과 손을 잡고 있는 형태야. 여기서 수소를 하나 빼거나 더 넣거나 하는 정도의 간단한 변형은 별로 큰 영향을 끼치지 않을 것 같지? 하긴 사과를 한 입 베어 먹어도 사과인 것은 변하지 않으니까. 그런데 분자 세상에서는 이 작은 차이가 어마어마한 결과를 만들어 내. 물에서 수소를 하나 떼어 내면 수산화이온(OH-)이라고 불리는 물질이 만들어지는데, 흔히 양잿물이라고도 하는 이 물질은 단백질을 녹이는 특성이 있어서 주방 세제나 비누 등의 제조에 사용했어. 당연히 몸의 단백질도 녹이기 때무에 위험한 물질이지. 반대로 물에 수소를 하나 더 집어넣으면 히드로늄이온 (H3O+) 으로 바뀌는데, 금속마저 녹이는 아주 높은 반응성을 가지고 있는 위험한 물질이야. 염산이나 황산 등이 바로 이 물질로 인한 특성을 갖고 있지. (p137)


지구는 물질로 구성되어 있으며, 우주도 마찬가지다. 자연 속에 존재하는 물질들은 92개의 원자로 이뤄져 있으며, 지구는 가장 가벼운 첫번째 원자인 수소와 가장 무거운 92번째 원자인 우라늄까지 92개의 원자로 구성된다. 물론 인간의 몸도 거기서 벗어나지 못하고 있으며, 고등생물로서 인간의 뇌는 어떤 물질로 구성되고 있는지 , 과학자들의 다양한 연구가 현재 진행중에 있다. 이 책은 과학 분야 중에서 화학을 다루고 있으며, 물질의 구성요소, 특성, 더 나아가 그들의 변화과정 하나 하나 짚어나가고 있다. 특히 인간은 천연 원소 이외에 93번째 원자인 플루토늄부터 시작해 인공 원자를 개발해 내고 있으며, 현대의 관점에서 새로운 연금술이 이어지고 있으며,새로 만들어진 원자 안에 자신의 이름이나 국가명을 넣는 경우도 있다.


물질을 알게 되면, 지구를 이해할 수 있다. 책에는 물질에 대한 이해를 돕기 위해서 8개의 파트로 분리하고 있다. 화학자는 물질을 분해하고, 합성하고, 적정한 온도에 열을 가하거나 녹히는 방법으로 각각의 물질의 특성을 분석한다. 특히 수은은 기체와 액체, 고체의 경계에 있으면서, 특이한 반응성을 엿보이는 또다른 형태의 물질로 존재하고 있다. 또한 이 책에는 원자와 원소, 분자에 대한 설명들을 자세히 소개하고 있는데, 원자에 대한 명확한 정의가 나오고 있다. 그동안 쪼개질 수 없는 최소한의 단위를 원자로 정의했지만, 이제는 화학적인 반응으로 쪼갤수 있는 최소한의 단위로 새롭게 정의 내렸으며, 원자에 대한 새로운 정의에 대해서 원자 또한 쪼갤 수 있다는 결론에 다다르고 있기 때문이다. 


모든 화학적인 단위나 요소들은 지구의 관점에서 만들어졌다. 물의 어는점과 끓는점 또한 마찬가지다. 압력을 나타내는 단위도 지구의 기준이다. 화학자나 일반인들이 쉽게 이해할 수 있고, 절대온도 0도는 영하 273도로 정해지게 된다. 우주는 바로 이런 절대온도에 가깝고, 우주가 생성된 이후 지금까지 팽창해 오고 있다.질서와 무질서를 오가면서, 물질은 자신만의 독특한 성질을 간직하고 있으며, 우리가 물질을 이해하고, 분석함으로서 기존의 과학적인 오류들을 고쳐 나가게 되며, 그 안에서 새로운 변화를 만나게 된다. 또한 물질을 이해한다는 것은 우주를 이해한다는 것이며, 인간은 지금까지 쭈욱 원시 우주의 초기 상태를 이해하기 위해서 물질에 대해서 다양한 각도에서 연구를 거듭해 왔다.