주기율표로 세상을 읽다

요시다다카요시

지은이:요시다다카요시(吉田たかよし)
1964년생.도쿄이과대학객원교수.의학박사.도쿄대학대학원공학계연구과를졸업한후NHK에입사했다.NHK에서아나운서로활동을하다가기타사토대학의학부에입학해의사면허를취득했다.수험생을대상으로하는병원‘홍고아카몽마에클리닉’을개설해의사로서활발하게활동을하는한편,여러텔레비전프로그램에고정출연하고있다.저서로는『일잘하는사람들의운동습관』『20대의리얼처세술』『미적거리는습관을고쳐주는책』등다수가있다.한국과인연이깊어서,김대중전대통령에게과학기술정책에대해제언한경험이있으며,조선왕조역사에도무척밝다.가장존경하는인물은정도전이다.정도전의합리적인사고방식은원소주기율표와도상통한다는것이저자의지론이다.  

옮긴이:박현미
고려대학교일어일문학과와같은학교대학원을졸업했어요.한국해양연구소,세종연구소등에서번역연구원으로활동했어요.옮긴책으로는『루이와3A3로봇』『수명도감』,『주기율표로세상을읽다』,『가끔은까칠하게말할것』,『나홀로미식수업』,『부자들은왜장지갑을쓸까』,『행복하게일하는연습』,『청춘의문1~7』,『도전하는30대,공부하라』등이있어요.  

머리말5

1장주기율표에는무엇이적혀있나?19
원소주기율표는양끝에서공격하자!/세로로비슷한전형원소,가로로비슷한전이원소/예언이적중한미지의원소/양자화학이란무엇인가?/원자핵을둘러싼전자의존재확률/전자는안쪽궤도부터채워나간다/원소의성질을결정하는‘채우고남은전자’/원소를착각하는인체/알칼리금속의친구들/세슘과악성종양/알칼리토금속의친구들/방사성스트론튬의위험/세포분열과암/주기란무엇인가?/전자의정원이주기를결정한다
│한걸음더│전자궤도를결정하는네가지원칙50

2장주기율표로우주를풀어나간다57
지구에서는원소가탄생할수없다/1000만도이상의고온이원소를낳는다/원시우주는이렇게탄생했다/가장안정적인원소,철/초신성폭발로태어난원소의화학진화/베텔게우스의천체쇼는언제일어나나?/우주는수소로가득찼다
│한걸음더│생명의실마리는혜성이가져다줬다?75

3장화학반응을반복하는인체79
38억년간반복된선택과도태/4개의원소로이루어진정밀장치/몸을구성하는소량원소/무거운원소는인체에많지않다/연금술사의부질없는노력과화학/헬륨은왜사람의몸안에존재하지않는가?/화학반응이란무엇인가?/베릴륨은왜우주에조금밖에없는가?/원자번호가짝수이면안정적이다/우리는원소에의존해서살아간다/산소를나르는귀중한금속

4장우리는어떤원리로움직이는가?109
동물은두개의원소덕분에움직일수있다/나트륨[소듐]은불안정한금속/칼륨[포타슘]과방사성칼륨/유령포즈를만드는것은?/많이닮았지만약간은다른원소들/단세포생물이선택한원소/고혈압을초래하는식염욕구/영양섭취량과원소/칼륨과잉섭취

5장희토류는삐져나온게아니다131
수요가급증하는강력한자석/희토류,희유금속,비금속/열일곱개의희토류원소/왜중국에기선을제압당했나?/주기율표의하단/다양한형태의주기율표/희토류로강력한자석이만들어지는원리
│한걸음더│6주기와7주기의숨겨진특징150

6장아름다운희유기체155
희유기체의아름다운궤도/우량기체헬륨/꼭꼭숨은원소네온/꽃가루알레르기와아르곤/크립톤과제논/라돈과온천/목소리의높낮이는기체의무게로결정된다/직업다이버를도와주는헬리옥스/헬륨은아름다운공모양/제논은이상적인마취제

7장독성을지닌원소들179
아연,카드뮴,수은/아연(Zn)/카드뮴(Cd)/수은(Hg)/황과사이가좋은지가관건이다/수은에노출되는인체/디톡스요법의빛과그림자/독이되는기타전형원소/루비듐시계는10만년동안틀리지않았다/세슘과표준시계/바륨은맹독이다/전이원소는가로줄의성질이비슷하다

맺음말209
찾아보기212

우주,별,지구,몸에서부터아주작은전자까지…
“주기율표로모든것을읽어낼수있다”
감탄하지않았다면,아직주기율표를볼줄모르는것

“이미양자화학을배운경험이있는저는달랐습니다.눈에서뿌연안개가걷히는마음으로주기율표를바라보던것을지금도똑똑하게기억합니다.원소에대해흥미가있던제게는(…)일련의진화의흐름이원소의구성비율에서보이기시작했습니다……”
_본문중에서

★주기율표의양쪽끝에주목해야하는까닭은?★
★왜인체는수소,산소,탄소,질소로이루어져있을까?★
★우리몸이세슘을칼륨으로착각하는이유는?★
★왜희토류원소들은성질이서로닮았을까?★
★독성이있는원소들의특징은?★

왜주기율표는지금과같은모양일까?주기율표는양끝으로세로기둥이두드러지게서있고,중간에가로로된복도들이늘어서있다.요시다다카요시(吉田たかよし)의『주기율표로세상을읽다』(원제:元素周期表で世界はすべて讀み解ける)는주기율표를어떻게읽어야하는지,주기율표가우리에게어떤의미가있는지를소개해주는교양과학책이다.주기율표를양쪽끝에서공격하라거나전자궤도를채우고남은전자에주목하는등주기율표를읽는핵심적인전략을친절하게소개해준다.
이책은원소를쭉나열해서설명하는대신,핵심을잘파악할수있게원소들을특성별로묶어서설명하는방식을취한다.주기율표를원자번호순으로읽지않고,위계를나눠서설명하기때문에,평면적인주기율표를입체적으로파악할수있도록해주는것이특징이다.그래서책을쭉읽어나가다보면,주기율표속에숨겨진절묘한법칙에그만감탄하게될뿐아니라,주기율표가우주,지구,인체와어떻게연관되는지도선명하게알게된다.
그러면과연,주기율표를어떻게읽어야할까?한때양자화학을연구한적있는저자는의사가되고나서야“눈에서뿌연안개가걷히듯”비로소주기율표의진면목을보게됐다면서,자신이알게된몇가지접근방식을소개한다.저자에따르면,양자화학에서활용하는슈뢰딩거방정식은전자의존재확률을보여주는데,주기율표는“양자화학의결론을수식에의존하지않고나타낸”탁월한작품이다.

가장먼저양쪽끝을공략하라!
우선,주기율표를효과적으로파악하려면가장먼저양쪽끝을공략하는것이좋다.왼쪽에는1족과2족이있으며,오른쪽에는18족이있다.1족은‘원자가전자(가장바깥쪽궤도를도는전자)’가1개,2족은‘원자가전자’가2개인원소들로이루어져있고,18족은가장바깥쪽궤도가전자로꽉채워진원소들로이루어져있다.참고로,원소의대체적인성질은원자가전자의수로결정되는데,주기율표의세로한줄은‘원자가전자’가닮은상태일경우가많다.이렇게왼쪽에서부터가아니라양끝에서공략하는이유는주기율표의양끝으로갈수록세로로늘어선원소들의특징이뚜렷해서다.
가령,세슘과칼슘은둘다‘원자가전자’가1개인1족원소들이다.우리몸은칼륨을적극적으로체내로받아들이려고하는경향이있어서,세슘이있으면인체는세슘을칼륨이라고착각해서체내로받아들이고만다.비슷한현상이2족원소들인스트론튬과칼슘사이에서도이뤄지는데,스트론튬과칼슘은둘다원자가전자가2개여서우리몸은스트론튬을칼슘이라고착각해서체내로쉽게받아들인다.문제는세슘과스트론튬은우리몸에들어오면해로운원소들이라는데있다.
원자가전자가불안정하게가장바깥쪽궤도를도는1~2족과상반되게,18족인희유기체들은가장바깥쪽궤도가전자로꽉채워져있어서,다른원자와반응하지않는원소들이다.이런기체들로는헬륨,네온,아르곤,크립톤,제논,라돈등이있다.다른원자와반응하지않기때문에,헬륨은비행기나기구에이용되고,아르곤은알레르기를치료하는데사용되며,제논은부작용이거의없는마취제로사용된다.
주기율표의양쪽끝을공략했다면,그다음에는가로줄로늘어선전이원소들을살펴보면된다.3족에서11족까지의원소들이전이원소인데,이들전이원소는가로방향으로원소의성질이거의비슷하다는특성을지녔다.그래서이들전이원소는세로방향(족)이아니라가로방향(주기)으로원소를살펴봐야한다.4주기의모든전이원소는대체적으로우리인체가작으나마필요로하는원소들이며,5주기의전이원소는모두인체에약한독성을띠는원소들이다.6주기의전이원소(란타넘족포함)는우주에서의존재량이극히적으며우리몸은이들원소를필요로하지않는경향이있다.
전이원소중의전이원소는희토류원소들이다.희토류는3족의6주기까지의원소들로,자석을더욱강하게하는특성으로인해첨단기술제품을만드는데필요한원소가되었다.네오디뮴,디스프로슘등열일곱종류의원소들은그성질이전반적으로아주닮았기때문에,희토류는한데묶어서파악하는게좋다.

원소의특성을적극활용한인체
그다음으로우주와인체를구성하는원소들을구성비율별로살펴보는게효과적인데,우주,지구,인체를구성하는원소들의특징과법칙이한눈에들어오기때문이다.저자가찾아낸특징들이있다면,우주를구성하는원소중많은비율을차지하는원소들로인체가구성되었다는점,지구와인체를구성하는원소들상당수가초신성폭발로만들어졌다는점,인체가주로사용하는원소들바로아래에있는원소는독성이있다는점등을꼽을수있다.
특히생명체들의경우,신경자극을전달하거나근육을수축시키는데1족원소인나트륨과칼륨의특성을적극적으로활용했다는점을발견할수있다.신경이자극을전달하고근육이수축하는현상은,특정신호에의해세포밖에있는나트륨이세포안으로,세포안에있는칼륨이세포밖으로이동하는현상을적극이용한것이다.나트륨과칼륨은가장바깥쪽궤도의전자1개를잃어버림으로써이온상태가되는원소들이다.
이처럼이책은주기율표를보는방법을매우효과적으로알려줌으로써,적재적소에원소를배치한주기율표의위대함에더없는매력을느끼게해주는책이다.저자는좀더깊이알고싶은이들이이해할수있도록,별도의섹션(‘한걸음더’)을통해주양자수,방위양자수,자기양자수로전자의궤도를파악할수있는양자화학적원리도자세히설명해놓았다.