《원소쫌아는10대》는원소와주기율표가더이상복잡한이야기도단순한암기거리도아니라는걸증명합니다.또한인류가지나온길과현대문명을꿰뚫는흥미로운끈을독자에게쥐여주며화학이라는평야를달리는지식의말을채찍질하게합니다.주기율표탄생150주년이자국제주기율표의해인2019년에이렇게친절하고흥미로운원소책이나온걸환영합니다.모쪼록화학과세상을밝히는스위치같은원소의매력을이책을통해마음껏느껴보기바랍니다.
-하현준|대한화학회회장
1.원소그리고문명에대한생생한기록
과학기술의발전으로우리는주위를이루는셀수없이많은물질이무엇으로,어떻게구성되어있는지알고또직접다룰수있게되었다.이러한물질의기본구성요소가‘원자’라불리는매우작고동그란알갱이라는사실을배워알고있다.그런데원자라는알갱이는머리카락한가닥의백만분의일수준으로,현미경으로관찰하는수준을넘어선다.이렇게나작은원자를도대체누가어떻게생각해내고,찾아내고,분석하게된걸까?또이름이비슷한원소,원자,분자는무엇이고어떻게다른걸까?찾아낸수많은원소를표현하기위해과학자들은어떤방법을사용했을까?그답은고스란히이책《원소쫌아는10대》에담겨있다.‘세상을이루는기본요소’가원소라면,원자는‘원소를이루는기본단위’로서질적인개념과양적인개념으로명확히구분되는것이원소와원자라는것.양성자와중성자,전자로이루어진원자의입자적특성에의해다양한원소로구분되는내용을설명한다.책은원소라는세상의근원을찾는역사적과정을서술하고,여러희생을치르며다양한원소를찾으려는노력을기울인화학자들이발견한원소들을명명한숨겨진이야기까지소설처럼그려보인다.
이것만으로도흥미로운데,이게다가아니다.여기서그치지않는다.책은이렇게하나하나발견된원소들은인류가문명을이룩하는결정적인계기가되었음을생생하게보고한다.최초의화학반응인‘연소’의발견과사용으로인류조상(호모에렉투스)은간단한채집과수렵활동이가능했고,이후신석기시대에돌입해세계4대문명이라는쾌거를이뤘다.구리(Cu)와주석(Sn)의합금인청동을자유자재로활용했던청동기시대는단순히돌만을사용했던석기시대를대체하였고,탄소(C)를철(Fe)에섞어고강도철기제작이가능했던철기시대에청동기시대가자신의자리를내주었다.이렇듯시대의변곡점을만들어낸것은당시발견하고쓰임이가능해진주축원소의변화때문이다.시대를장악하는특정한원소가무엇이냐에따라그이름이지칭하는뜻도달라진다.가장고귀한것,가장높은권력의상징인‘금’의경우지금의우리가알고있는노란빛의번쩍이는‘금’이금이되기까지청동기시대에는‘청동’이,철기시대에는‘쇠’가‘금’을의미했다.문명과원소의교차점과그유기적관계를밝히며인류역사를과학적으로재조명하는것.이것이과학책이면서도역사책을읽듯술술넘어가는이책이가진마력이다.
2.주기율표해독에대한명강의
2019년은UN이제정한‘국제주기율표의해’다.주기율표탄생150주년을기리자는뜻에서다.주기율표는대체언제,어떻게탄생했을까?
현재우리가알고있는주기율표의첫형태는1869년,러시아의화학자멘델레예프(DmitryIvanovichMendeleev,1834~1907)가‘원소의성질과원자량의상관관계’라는제목의논문을통해발표하면서세상의빛을보게되었다.사실상멘델레예프의주기율표는그때까지연구되어온내용들의종합적인표현으로,이업적으로멘델레예프는주기율표의아버지라는이름을얻는다.대체멘델레예프주기율표의위대함은어디에있는것일까?
첫째,주기율표의세로기둥을족(group)으로,가로줄을주기(period)로확정지어후대주기율표가이틀을바탕으로지속적으로보완되어현재의형태(18족7주기)가만들어질수있게했다.원자의최외각에존재하는전자의개수로부터각원소의특징적인성질이결정되었기때문에,이들을묶어‘족’이라칭하며나열할수있게했고,반복적으로나타나는같은족의원소들을전자가배치되는껍질의수에따라묶어이를‘주기’로분류했다.이두요소로부터보편적인주기율표는가로와세로가반듯하게교차하는2차원형태로정리되어왔다.둘째,멘델레예프는주기율표에서물음표로표현된항목들을만들어두었는데,주기율에따라배열했을때공백으로남아있는,당시발견되지않았던미지의원소들의존재가능성을남겨두거나,해당자리에존재하지만알려진원자량의정확성에의문이있는항목들을지적해두었다.이틀을기초로멘델레예프가공백으로남겨둔자리는이후의연구로하나하나채워졌다.
주기율표는원소를일정한순서에따라나타낸,주기적으로나타나는유사한특성을짐작게하는표다.원소에관한수백가지가넘는정보가담겨있는주기율표는수많은과학자의노력과결실이충분한검증을통해객관적으로정리되어있기때문에과학,특히화학을탐구하는사람들에게길과정보를제공하는가장본질적인‘화학사전’이다.그런데우리는대체로주기율표에담긴원소를순서대로외우려는노력만했지,왜원소들이그런배치를하고있는지완벽히알고있지못한다.사전을읽는법을먼저알아야우리가알고싶은단어를쉽게찾아그뜻을알수있듯,주기율표에담긴배치가무엇에기초하는지를알아야이름을외운원소의특성이무엇이고어떤화학결합을하고어떤상태로안정하게존재하는지제대로기억해낼수있다.원소와원소이름의매칭.화학의시작은결국거기에서부터시작된다.이책은주기율표를해독하는법을완벽하게제시한다.족과주기의뜻이단답형이고이론적으로만제시되는것이아니라개별원소의특성및활용과함께자연스럽게머릿속에들어앉을수있게가이드한다.이제이책을읽고나면주기율표는포기의대상이아니라,품에안고화학수업을자신있게들을수있는자산이된다.
3.원소이름의유래와성격을파헤치다
태양-수성-금성-지구-달-화성-세레스와팔라스-목성-토성-천왕성-해왕성-명왕성.지구과학수업이냐고?아니다.이건분명화학수업의일환이다.원소의이름이바로이태양계행성및위성의이름과연결되어있기때문이다.원소를발견한과학자들은원소의이름을지을때물을만든다(Hydrogen,수소),산을만든다(Oxygen,산소)처럼근본적인작용에기반하거나,그원소가발견된물질(소듐과포타슘)을기준으로삼거나,혹은원소가출토되던지역의이름(마그네슘과구리)등다양한상황을기렸다.하지만이런명확한유래가있는원소들의이름과는다르게,굉장히기억에남고멋지지만도대체왜이런이름이붙은것일지듣기전에는이해할수없는원소들또한상당수존재한다.바로행성의이름을따명명된원소들이다.
오랜옛날부터별은호기심과경외의대상일뿐만아니라,별자리로시간과위치를파악하는실용적인목적으로인류에게쓰였다.인류에게매우중요한태양계행성(위성및항성포함)들처럼중요한원소를행성의이름과짝지으려는시도가계속되어왔고,그결과앞에서나열한행성의이름은그것에유래한이름을갖는원소커플을갖게되었다.태양(helios)-헬륨(Helium),수성(Mercury)-수은(Mercury),금성(Venus)-구리(Copper),지구(tellus)-텔루륨(Tellurium),달(selene)-셀레늄(Selenium),화성(Mars)-철(Iron),세레스(Ceres)-세륨(Cerium),팔라스(Pallas)-팔라듐(Palladium),목성(Jupiter)-주석(Tin),토성(Saturn)-납(Lead),천왕성(Uranus)-우라늄(Uranium),해왕성(Neptune)-넵투늄(Neptunium),명왕성(Pluto)-플루토늄(Plutonium)이렇게.모두행성의특성과발견된원소의특성을연결해순차적으로이름지어진것이다.
그냥달달외우기만했던원소들의이름은이렇게각자자신만의역사를갖고우리앞에존재한다.주기율표속에답답하게갇혀있는듯보이지만,실은이렇게자기만의족보를가지고살아숨쉬고있었던것이다.이책은한번읽으면도대체잊히지않는원소이름의유래를유형별로밝히며,화학과과학이역사와문화의영역이라는것을다시한번깨우치게만든다.
4.발견한원소,그리고만들어진원소
118개원소는원래지구상에존재하는,천연원소일까?누군가길을걷다가,땅을파다가,화학실험실에서실험을하다가의도치않았는데우연히,모두그렇게있었던것을발견한것일뿐일까?질문의의도가미심쩍다고생각했다면,역시답은‘아니요’다.천연원소가아닌인공원소가있다는뜻.
지구상에는약90여종의천연원소가존재하는것으로밝혀졌다.기원전부터계속된원소의발견은대기,광석,용액등다양한지구상의물질로부터원소를찾아내는데초점이맞춰져있었고,그노력에합당한성과를보여왔다.이로부터여러화학실험기법이개발되거나적용되기도했고,복잡하게혼합된여러종류의원소를분리해내는기술들역시계속해서발전했다.하지만지구를이루는원소의종류가무한정일수없기때문에,언젠가는자연원소의발견이모두끝나리라는것은예견된일이었다.
레늄(Rhenium;Re,1925년발견)에이어프랑슘(Francium;Fr)이레늄발견뒤14년후에발견되었다.하지만이렇게발견이늦은것은지구상에아주미량만존재하는현실적제약이한몫을했고,앞으로의원소발견은단순히자연에존재하는것을찾는것에그치지않고새롭게만들어내야하는창조의영역에해당했다.하지만인간은그것을해냈다!그첫시도는43번테크네튬(Technetium;Tc)이다.1937년가속기실험을하던중몰리브데넘판에중성자가우연히충돌했을대새로운원소가나타나는것을관찰하였고,이우연한발견은지속적으로연구되어확실히새로운원소가맞다는사실이입증되었다.이름도첫인공원소임을기리기위해‘인공적’이라는뜻의그리스어테크네토스를따명명된것이다.가장무거운천연원소92번우라늄보다무거운초우라늄원소중최초로인간이만들어낸원소가93번넵투늄(Neptunium;Np)으로,테크네튬을발견한방식을그대로적용해얻은원소다.
이렇듯,원소를‘만들어’내려는과학자들의시도는계속되어왔고,지금도현재진행형이다.발견을뛰어넘어창조의영역에다다른원소와화학의그뜨거운실험장은어느새지구밖우주까지뻗어있다.지구에서는불안정하고활용이어려운원소들이우주공간에서매우유용한새로운자원으로활용될거라는기대와함께.118개원소를외우면마치화학을마스터한것처럼우쭐해하는마음에서벗어날때다.118개의원소가담긴주기율표라는지도를품에안고,지구와지구밖우주를마음껏항해할자세를취할때이다.지금이책을읽는십대는최소한원소가갇힌세계가아니라무한히광대한과학의세상에문을여는열쇠라는걸이해할것이다.주기율표에담긴인류의역사는지금미래를내다보고있다.우리는과거라는든든한배경을가지고주기율표라는튼튼한지팡이를짚고미래를향해뚜벅뚜벅정직한걸음을내딛는중이다.여행을떠나기전《원소쫌아는10대》라는이친절하고든든한안내서를꼭읽어보길바란다.
◇더높은단계로도약하는열띤과학토론의장<과학쫌아는십대>
‘2015개정교육과정’은자주적이고창의적이며더불어사는인간상을추구한다.그가치관아래교과별핵심개념과원리를중심에두고인문？사회？과학기술에대한기초소양교육을강화하면서교과간통합과융합교육을하는데초점을맞추고있다.
미래형인재를만들려는이런교육의흐름에맞춰,풀빛은지식의양보다는핵심이되는개념을선별하고그것이어떤원리로이루어져있고어떻게적용할수있는지를또렷이알게하는청소년용과학시리즈를기획하였다.핵심과원리,그리고적용이라는삼박자에질문과토론을유도하는인문학적고찰은중학생독자와현장교사,학부모들이원하는바이자과학공부에대해<과학쫌아는십대>시리즈가목표하는분명한방향이다.
지금까지첨단과학기술인인공지능의실체를현실적문제의식과접목해조목조목해부한01번《인공지능쫌아는10대》를시작으로,수많은다채로운성분으로가득한세상의본질을탐구한02번《물질쫌아는10대》,일상에서쉽게행하는여덟가지소비를통해환경문제를파헤친03번《환경과생태쫌아는10대》가출간되면서<과학쫌아는십대>시리즈는과학적지식을우리의삶과연결시키는적극적노력을선보였다.우주론을담은04번《빅뱅쫌아는10대》와빛의세계를담은05번《빛쫌아는10대》,이번에출간된06번《원소쫌아는10대》는과학영역에서각각지구과학,물리,화학분야를대표하는키워드를중심삼아정리한책이다.이후출간될《중력쫌아는10대》,《전자기쫌아는10대》,《유전자쫌아는10대》,《기후변화쫌아는10대》,《미래에너지쫌아는10대》는물리,화학,생명과학,지구과학이라는자연과학의가장기초적이면서핵심적인영역을심화해서다룰예정이다.
미래지향적인현실소재에서부터기초과학의토대가되는핵심개념까지<과학쫌아는십대>는전방위로과학을아우른다.이런지식들을단순히정보를앞세워기술하기보다원리는무엇이고,어떻게적용을하며,해결되지않은과학적문제는무엇이고,야기하는쟁점은무엇인지,결과적으로우리가그것을어떻게받아들여해석하고이해해야하는지를대단히입체적으로다루는것이이시리즈의특징이다.중학생조카를앞에두고친밀하게이야기를건네듯,<과학쫌아는십대>는십대의눈높이에맞춰가장친절하고가장쉬운설명이핵심이다.거기에내용을풍성하게하는사진자료와핵심을파고들되위트로무장한삽화로처음부터끝까지호기심을잃지않고완독할수있게하는매력을갖추고있다.작은부분도놓치지않고십대를위해내용과형식에정성을다한<과학쫌아는십대>를친구처럼곁에두기를제안한다.
