우주를 품은 원소 주기율표

주기율표로 세상을 읽다 - 우주, 지구, 인체를 이해하는 또 하나의 방법
요시다 다카요시 지음, 박현미 옮김 / 해나무 / 2017년 3월

 아마 대부분의 학생들에게 원소 주기율표는 암기해야 할 지루한 학습 내용물 중 하나일 것 같다. 나 역시 그랬고 이 책의 저자에게도 그랬다고 한다. 이 책은 작년에 읽으며 청소년들이 읽으면 좋겠다고 생각했었다. 주기율의 깊은 의미를 대략적으로라도 살펴본다면 주기율표가 너무도 체계적이어서 아름답다는 것을 느낄 수 있을 것 같다.

 저자의 이력이 독특하다.

 도쿄대학 대학원 공학계 연구과를 졸업하고 NHK에서 아나운서로 활동하다가 기타사토대학에서 의학을 공부해서 의사면허를 땄다. 그리고 의사로서 활동하면서 저술을 하고 텔레비전 프로그램에 출연한다고 한다.

 고등학교 때 배운 주기율표가 삶에 도움이 된다는 사실을 깨닫지 못했고 재미를 느끼지 못했던 것은 주기율표 교육에 문제가 있기 때문이라는 생각에서 이 책을 썼다고 한다.

주기율표에는 무엇이 적혀 있나?

 화학적 성질이 비슷한 원소들은 일정한 간격을 두고 주기적으로 나타난다. 이렇게 원소가 가지는 주기에 따라 표를 만들었기 때문에 주기율표라는 이름이 붙었다. 주기율표는 원소가 자아내는 주기의 아름답고 조화된 세계를 풍성하게 표현해낸다.

 칼륨은 신경과 근육의 세포를 움직이는데 필수적인 원소라서 인체는 칼륨을 적극적으로 칼륨을 받아들이려고 하는데 세슘이 있으면 세슘을 칼륨이라고 착각하고 받아들인다고 한다. 방사성 세슘은 위암, 폐암, 대장암, 백혈병 등 온갖 악성 종양의 원인이 된다. 왜냐면 이 둘이 알칼리 족으로 원자가 전자가 1개이기 때문이다.

화학반응을 반복하는 신체

 인체는 수소, 산소, 탄소, 질소로 이루어진 정밀 장치이다. 인체에서의 함유량이 적은 원소일수록 주기율표의 아래쪽에 위치한다. 인체를 구성하는 모든 원소는 지구가 탄생하기 이전에 우주에서 탄생한 것이다.

헬륨 세 개가 결합하여 탄소가 생성되고 이 풍부한 탄소를 구성 원소로 탄생한 것이 지구상의 생명들이다.

 우주에 조금밖에 있지 않은 금속은 독성이 있을 가능성이 높다. 생명은 38억년의 역사 속에서 주위의 환경에 있는 원소를 어떻게 하면 이용할 수 있을지 궁리하며 진화해왔다. 철 마그네슘, 아연도 주위에 풍부하게 존재했기에 생명은 그 원소들을 다 이용할 수 있었다.

우리는 어떤 원리로 움직이는가?

 동물의 특성을 결정짓는 것은 근육과 신경이다. 얼핏 보면 다른 것처럼 보이는 신경과 근육은 기본적으로 구조가 거의 비슷해서, 나트륨과 칼륨이 기능을 담당한다. 나트륨과 칼륨의 전자 궤도의 배치가 많이 닮았고 성질도 상당히 비슷하다. 이것을 표현 한 것도 주기율표이다.

 우리의 선조가 아직 물고기 상태였던 바닷속에는 천지가 온통 나트륨 천지였다. 그런데 육지로 진출하자 나트륨 부족 환경에 직면하고 뇌 속에 나트륨을 받아들이고 싶어 못 참겠다는 특별한 장치가 마련되었다. 이를 ‘식염욕구’라고 한다.

희토류는 삐져나온 게 아니다.

 지구 표면에 소량밖에 존재하지 않는, 간단히 채취할 수 없기 때문에 희소의 가치를 지니는 금속을 통칭하여 ‘희유금속’이라고 하고, 희유금속 중 3족의 6주기까지의 원소를 희토류라고 한다. 희토류는 희유 금속의 일부이다.

아름다운 희유기체

 18족 원소는 모두 가스, 기체이다. 대부분 기체는 원자 두 개가 결합하여 존재하지만 희유기체는 원자 한 개가 단독으로 기체가 된다. 그래서 희유기체는 다른 원자와 반응하지 않는다.

독성을 지닌 원소들

 주기율표에서 인체가 자주 사용하는 원소의 바로 아래에 있는 원소는 독성이 있는 경우가 많다. 전이 원소로 가로 방향으로 원소의 성질이 거의 같다. 건강에 유익한지에 관해서도 예외는 아니다.

 카드뮴과 수은은 화학적인 성질이 아연과 닮았기 때문에 아연을 흡수하는 경로를 따라서 인체에 흡수하게 된다. 아연은 100종류가 넘는 효소가 활성화 되도록 하고 정자의 세포 분열도 아연에 의해 활성화된 효소가 필요하다.

 이타이이타이병의 카드뮴이나 미나마타병을 일으키는 수은은 아연과 12족 원소들이다. 아연이 몸에 부족하면 수은이나 카드뮴이 체내로 들어오기 쉬운데 그렇다고 아연을 과잉 섭취하면 좋은 콜레스테롤의 수치가 줄어들게 된다.

 전형원소는 족(세로 방향)별로 원소를 살펴봐야 하지만 전이원소는 주기별(가로 방향)로 원소를 살펴봐야 한다.

 인류가 언제까지 번영할지 모르지만 적어도 태양이 적색거성이 되어 팽창하는 50억년 후에는 지구상의 생명은 모두 죽음에 이르게 된다. 하지만 그 이후에도 우주가 존재하는 한 원소는 계속 원소로 존재한다.

“주기율표의 본질은 과학이 도달한 만다라다.”

이것이 저자가 마지막으로 하고 싶은 말이라고 한다.

 정확한 관점을 가지고 주기율표를 바라보면 우주와 생명의 신비를 생생한 형태로 읽을 수 있다. 그만큼 인생이 풍요로워질 것이다.