주기율표에 대한 책을 읽고 있는 중이다. (연말부터 읽은 책 들 중에 정리를 못한 책이 많다. 왼쪽 임시라고 만들어진 페이퍼 카테고리 들)
주기율표에 대한 책들을 몇 권 읽어내고 있는 중인데, 이해가 쉽지 않다. 물리학, 생물학 등에 비해 이상하게 화학은 기본 배경이 전혀 잡혀 있지 않은 느낌이다. 고등학교를 졸업한지 오래되었다고 생각하지만, 과학 다큐멘터리나 유투브를 찾아본 것이 몇 해는 되는데, 화학은 다소 관심 밖이었나 보다.
도서관에 갔다가 이 책을 발견했다. <멘델레예프가 들려주는 주기율표 이야기> 몇 해 전 과학책을 읽기 시작할 때 많은 도움을 받았던 시리즈다. [과학자가 들려주는 과학이야기]
개념이 들어있지 않은 상태에서 읽다 보니 사진 속 책들이 다소 활자를 읽어 내는 것과 인식하는 것의 괴리를 느꼈는데, 이 책을 읽으면서 몇 가지 기본지식을 쌓는다. (화학에 익숙한 분들에게는 아주 기초적인 내용이지만)
* 공부한 내용을 정리해 보면 아래와 같다.
일단 원자량은 원자의 질량비를 뜻한다. 수소 원자 하나당 다른 원자의 질량비를 뜻한다. 12C를 뜻하는 탄소는 수소원자 12개의 질량비라는 의미다.
예전의 주기율표는 원자량을 중심으로 사용했다. 그러다보니 1,4,7,910,8, 등과 같이 순서와 원자량이 다른 불편함이 있다. 이때 모즐리의 법칙이 등장한다. 다른 원소, 주기율표에 자주 등장하는 모즐리는 X 선 연구를 하던 중 X선 에너지의 진동수와 원자 순서에 비례한다는 법칙을 발견한다. 후에 이는 양성자수와 동일한 것으로 밝혀졌다. 곧, 양성자수가 원자번호 순인 것이다.
그런데 게 중에는 원자번호가 같고, 원소의 성질도 같은데 질량수가 다른 원소들이 존재한다. 몸무게가 다른 원소들인데, 이들을 동위원소라고 부른다. 양성자수, 전자수는 같은데, 중성자수가 다르다. (이해는 안가지만)
그리고 나를 괴롭힌 알아야 할 기본개념 중에 하나가 있다. 오비탈(궤도함수라고 불리는)이다. 대충 글과 동영상을 보니 뭔가 알것 같기도 하고...
전자는 양성자들처럼 뭉쳐있는 것이 아니라 각 각 독립적으로 존재하고, 음전하를 띠고 있으므로 양전하를 띤 핵에 끌려가 흡수되지 않으려면 빠른 속도로 운동을 해야 하지요. 이 전자들의 위치와 운동 속도는 불확정성의 원리에 따라 정확히 알 수 없으므로 확률 분포로 나타내는데, 이것을 오비탈이라고 해요.
전자는 원자핵으로부터의 거리에 따른 확률 분포가 몇 개의 봉우리처럼 나타나요. 이러한 분포가 마치 양파 껍질 같다고 해서 확률 분포가 큰 곳의 위치를 전자 껍질이라고 합니다. (112~113쪽)
전자는 각 전자 껍질에 그냥 들어가는 것이 아니라 오비탈이라고 하는 몇 종류의 집이 있어서 그곳에 주로 분포해요. 오비탈은 모양에 따라 s , p , d , f 로 나타 냅니다 . 전자 껍질이 아파트의 층이라면 오비탈은 각 층의 호에 해당해요 . 그러니 오비탈은 전자들의 집이라고 할 수 있어요 .
그런데 각 호 마다 크기가 달라서 방의 수가 다르 답니다. S호는 방 1칸 , p 호는 방 3칸 , d호는 방 5칸 , f호 는 방 7칸으로 이루어져 있어요 . 더 정확히 말하면 이 방 1칸 1칸을 오비탈 이라고 하는 것 입니다 .
오비탈 은 수소를 제외한 원자들에서 s < p < d < f 로 갈수록 에너지가 높은 상태가 돼요. 주양자수가 n인 1개의 저자껍질이 가질 수 있는 오비탈의 수는 n² 이지요. 즉 커다란 전자 껍질일수록 더 많은 오비탈을 가지고 있어요. (114쪽)
* 이해도가 부족한 부분만 공부 차원에서 남긴 것인데, 책은 많은 내용을 다룬다. 원소가 무엇인지에서 부터 시작해서 주기율표가 만들어지는 과정과 그 안에서 주요한 연구 성과들이 소개된다. 그리고 주기율표를 통한 원소의 소개도 있다. 비활성기체나, 준금속 원소 등의 설명이 있다.
** 원소번호를 생각했던 모즐리는 안타깝게도 1차 세계대전 때 목숨을 잃는다.
1차 세계 대전이 일어났을 때 모즐리는 자신의 조국인 영국 공병대에 지원해 통신 장교로 임명 되었어요 . 그의 스승을 비롯해서 많은 사람들이 그의 지원을 말렸지만 그의 정의감을 막을 수는 없었지요 . 결국 모즐리는 스물 일곱 살의 젊은 나이로 전사하고 말았어요 . 어떤 과학자가 ‘모즐리라는 청년 과학자를 죽인 것만으로도 , 이 전쟁은 역사를 통해서 가장 흉악하고 용서받기 어려운 죄악의 하나‘ 라며 통탄했을 만큼 모즐리의 죽음은 과학계의 , 아니 인류의 막대한 손실이었지요 . 모즐리가 받지 못한 노벨상은 1924년에 시그반 ( Karl Manne Siegbahn , 1886-1978 ) 이 받았어요 . 모즐리가 연구하다 남긴 원소를 모즐리보다 정확하게 측정했다는 것이 수상의 이유였어요 .(94쪽)
*** 화자로 등장하는 멘델레예프는 좀 독특한 사람이다. 어쩌면 그런 이유로 노벨사을 받지 못했을 수 있다. 영화 <히든 피겨스>는 우주 개발 계획 프로젝트에서 차별받은 여성 흑인 과학자들을 다룬다. 뿐만 아니다. 20세기 초 천문학 발전에는 컴퓨터라고 불리우는 여성 천문학자들이 있었다.
물론 특정 분야에 종사하지 않는 이상 수많은 과학자들을 알 수는 없다. 단지 몇 명만 알뿐이지만, 기회가 된다면 역사속에 묻힌 이들의 업적도 같이 생각해야 한다.
나도 안타깝게 노벨상 을 놓쳤어요 . 내가 죽기 몇 달 전에 실시한 투표에서 딱 한 표 차이로 상을 못 타게 되었어요 . 여성 과학자 가 많이 나와야 한다는 등 진보적 주장 을 한 것과 나의 이혼 경력 등이 문제가 되어서였어요 .
내가 지적하고 싶은 것은 이처럼 과학적 업적과는 별도의 것들이 노벨상의 수상 여부를 좌우 한다는 거예요 . 또한 지금 까지 주기율표에 대하여 이야기 한 것에서 알 수 있는 것 처럼 과학이란 오직 한 사람의 힘으로 어떤 학설을 증명하거나 발견할 수는 없어요 .같이 연구 를 하고 도 특정한 사람만 상을 타서 알려지고 , 나머지 사람은 역사 속으로 조용히 사라지기도 하지요 . 나는 노벨상 뒤에 숨어 있는 과학자들의 숨은 공로를 여러분이 한번 생각해 보았으면 해요 . 지금까지 상 을 타서 유명해진 과학자들에게만 관심을 가졌다면 , 앞으로는 모즐리의 경우처럼 위대한 업적을 세우고도 역사속으로 사라진 과학자들에게 관심을 가졌으면 해요 .