[서평] 주기율표의 세계, 그 경이로움.. [원소의 왕국]

원소의 왕국 - 피터 앳킨스가 들려주는 화학 원소 이야기 ㅣ 사이언스 마스터스 2
피터 앳킨스 지음, 김동광 옮김 / 사이언스북스 / 2005년 6월

이 책은 < 섹스의 진화 >에 이어 - 사이언스 마스터스 시리즈 -  두 번째 책이다.
이 책은 옥스퍼드대학 물리학과 교수(물리화학 전공)로 재직 중인 저자가  주기율표에 담겨 있는 화학원소가 언제, 어떻게 발견되었는지에 대해, 그리고 언뜻 보기에 단순한 규칙으로 정렬한 것처럼 보이는 화학원소의 배열에 숨어있는 비밀을 설명한다.
 
저자는 주기율표 속에 숨겨져 있는 온갖 리듬과 패턴을 드러내 보여준다.
초,중,고등학교 수업시간에 화학을 그저 암기의 대상으로만 생각해 왔던 우리에게 화학원소의 주기율표는 마치 마술처럼 보인다.
화학의 기본 원소들을 모두 담고 있는 주기율표.
그 주기율표를 관통하는 근본 원리들과 주기율표가 형성된 역사, 그리고 원소의 내부 구조에서 대한 과학적 정보가 흥미진진한 비유와 어우러져 쉽고 정확하게 이해된다.
원자량, 원자 지름, 원자가, 전이 금속, 영족 기체 같은 어려운 화학적 개념들이 지협, 해협, 영지, 산맥 등으로 바뀌고, 원자의 기본 원리인 양자역학이 왕국의 법률, 제도, 행정 같은 일상적인 단어로 바뀌는 것들이 환상적이다.
분자에서 원자, 원자에서 소립자로, 그리고 별, 은하, 대우주로 종횡무진 이어지는 여행은 화학의 즐거움을 일깨우기에 부족함이 없을 것이다.
 
주기율표 속 109개 화학원소는 수소를 비롯한 비금속(Non Metals)와 할로겐족 원소(Halogens)군, 전이금속군(Transition Metals), 알칼리 금속군(Alkali Metals)과 알칼리 토금속군(Alkali Earth Metals), 란타넘족 원소군(Lanthanide Series)와 악티늄족 원소군(Actinide Series) 등으로 구성되어 있다.


주기율표의 전체적인 구성과 성격을 들여다보면,
- 원소의 질량은 원소의 번호(원자량의 개수)대로 수소를 비롯하여 상부가 가장 가볍고 가장 아래쪽 악티늄족 원소군이 가장 무겁다.
- 원소의 부피는 전체적으로 상부 구성원소가 작고 아래쪽 원소들로 갈수록 커지지만, 구체적으로 보면 서쪽으로 갈수록 부피가 급속하게 증가하며 의 백금과 이리듐이 가장 크다.
- 밀도의 경우, 북쪽이 가장 작고 남서쪽으로 갈수록 커지는데 이리듐과 오스뮴이 가장 크다.
- 원소의 이온화 에너지를 기준으로 분석하면, 전체적으로 작고 비슷한 분포를 보이고 동쪽과 북쪽으로 갈수록 에너지 수치가 올라간다. 특히, 플루오르와 네온, 그리고 헬륨의 이온화 에너지가 가장 크다. 이들 원소에서 전자를 떼어내기가 어렵다는 이야기다.
- 대신, 플루오르와 네온, 헬륨과 질소, 산소, 염소는 전자에 대한 친화력이 높아서 전자를 잘 끌어와서 음이온으로 형성될 가능성이 높다.
- 원소의 부피와 밀도, 이온화 에너지와 친화력은 원자와 양성자의 개수, 전자의 개수로는 설명이 되지 않는다.
- 이들은 양자역학에 따른 파울리의 ’배타원리’에 의하여 결정된다. ’배타원리’는 하나의 전자 궤도에 2개 이상의 전자가 들어갈 수 없다는 것이다.
- 현재 원소 내 전자들의 궤도는 주기1에서 주기6까지 가능하다. 각 원소의 전자 개수와 궤도에 배정할 수 있는 전자의 수, 전자의 주기성에 따라 부피와 밀도, 이온화 에너지, 전자 친화력이 달라진다.
- 주기율표에 숨겨져있는 배치원리는 양자역학으로만 규명이 가능하다.
 
우리 몸과 자연과 물질의 모든 것들을 구성하고 있는 화학원소의 세계는 보이지 않지만 엄청난 비밀이 숨겨져 있다. 그리고 우리는 그러한 원소들의 오묘한 집합에 의하여 이루어져 있고...
 
아쉬운 점...
화학원소의 집합을 왕국이라 명명한 아이디어는 나름 신선했지만, 이 책은 ’왕국’이 사람들에게 주는 화려하고 활력있는 이미지와는 달리 3차원 지도 정도로 기술되어 있다. 책 속의 비유는 제목만큼 신선하지 못했다는 이야기...
 

[ 2010년 7월 03일 ]