두 얼굴의 원소라고? - 질문하는 과학 13

강상욱

저자:강상욱
현재상명대학교화학에너지공학과교수로재직중이다.서울대학교대학원화학생물공학부에서박사학위를받은뒤,미국MIT에서박사후과정을보냈다.2010년임용당시대한민국최연소남자대학교수였으며,2020년부총리겸교육부장관상,2021년LG젊은공업화학인상,2022년화학공학회심강논문상을수상하였다.
저서로는건강하고안전하게살기위한생활속화학이야기를다룬《케미컬라이프》,《케미스토리》등이있으며,여러매체나강연등을통해과학지식을쉽게전달하고있다.

그림:이크종
연세대학교에서건축공학을공부했다.잠시건설회사에다녔지만,그림그리고싶은꿈을접지못해회사를뛰쳐나온뒤로지금까지열심히그림을그리면서즐겁게살고있다.쓰고그린책으로《그래요,무조건즐겁게》가있고,그린책으로《남극에‘운명의날빙하’가있다고?》,《타임머신과과학좀하는로봇》등이있다.

프롤로그
주기율표

1장화학을통해세상을더깊이바라보기
1화학은레고블록?
2인간은원소로이루어져있다고?
3원소는두얼굴을갖고있다고?
4화학이환경문제를해결할수있을까?
5산소는누가발견했을까?산소(O)
6소변에서처음발견된원소는?인(P)
7식물에마그네슘이부족하면어떤일이일어날까?마그네슘(Mg)
생활속화학상식？소시지가담배연기만큼해롭다고?

2장화학은에너지기술의핵심
8배터리기술의핵심원소는?리튬(Li)
9도전의상징인원소가있다고?소듐(Na)
10가장가벼운원소는?수소(H)
11‘악마의구리’라고불렸던원소는?니켈(Ni)
12영양제인아연이전기를만들어낸다고?아연(Zn)
13붕소는핵융합에서어떤역할을할까?붕소(B)
14황이전쟁의역사를바꿨다고?황(S)

3장시대에따라가치가달라진원소들
15노화속도를늦춘다고?셀레늄(Se)
16은은늘2등일까?은(Ag)
17청동기시대를연원소는?구리(Cu)
18‘가짜은’으로취급된원소는?백금(Pt)
19수돗물에있는염소가화학무기로쓰였다고?염소(Cl)
20알루미늄이고급식기로사용되었다고?알루미늄(AI)
21나폴레옹이러시아원정에서진이유는?주석(Sn)
생활속화학상식？욕실청소하다골로간다!!

4장중금속이라고무섭기만할까?
22선명한색속에비수를숨기고있다고?카드뮴(Cd)
23스테인리스강은영국과프랑스의콜라보?크로뮴(Cr)
24납이로마의몰락과관련있다고?납(Pb)
25중세유럽에서독약으로사용됐던원소는?비소(As)
26연금술의핵심이수은이었다고?수은(Hg)
생활속화학상식？뜨거운짬뽕을주의하세요!

5장생명과관련된원소들
27식량부족의해결사가된원소는?질소(N)
28세슘하면방사능공포가느껴진다고?세슘(Cs)
29칼륨과포타슘은같은원소일까?포타슘(K)
30프랑슘은어느나라와관련이있을까?프랑슘(Fr)
31칼슘은뼈에만중요할까?칼슘(Ca)
32충치예방에기여한원소는?불소(F)
33갑상샘암진단에사용되는원소는?아이오딘(I)
34금이암치료에사용된다고?금(Au)
생활속화학상식숯불구이의위험성!!

6장기술혁신을이끄는원소들
35탄소는변신의귀재?탄소(C)
36실리콘이모래와관련있다고?실리콘(Si)
37광부를괴롭히는요정이름에서유래된원소는?코발트(Co)
38저마늄은광섬유에서어떤역할을할까?저마늄(Ge)
39고성능스피커와관련있는원소는?베릴륨(Be)
40타이타늄이외유내강의상징이라고?타이타늄(Ti)

화학이레고블록?원소의개념을친숙하고이해하기쉽게알려주다

주기율표와화학식으로시작되는원소는이해하기가쉽지않다.주기율표를외우는데에서부터화학을포기했다고말하는청소년들도꽤있다.저자는청소년들이화학개념을쉽게이해할수있도록친숙한레고블록장난감으로원소의세계를설명한다.레고조각을연결해서자동차를만들고,거대한배를만들고,이를다시해체해서영화속멋진캐릭터로만들듯이,탄소블록조각1개와산소블록1개를연결해서일산화탄소(CO)라는기체가만들어지고,탄소블록1개와산소블록2개를연결해이산화탄소(CO2)라는전혀다른기체가된다.이처럼화학의원소하나하나가레고블록의한조각이라고생각하면,어렵기만한화학식도레고블록을쌓듯이흥미롭게이해할수있고,이렇게연결하고또연결해서고분자가되는과정을통해새로운물질의생성과정을배울수있다.
화학의원소들을조립해서만들수있는물질의개수는무한대에가깝기때문에화학을무한한가능성을탐구하는학문이라고부른다.현재까지발견된원소는118가지인데,이미발견된원소라도어떤방식으로조합하느냐에따라무궁무진한가능성이펼쳐지기에화학이엄청매력적으로느껴진다.

원소가두얼굴을가졌다고?원소에대한편견과오해를풀다

인간에게이롭다고알려지거나해롭다고알려진원소들이있다.잘사용하면생명유지는물론우리삶을더욱윤택하고편리하게만들어주지만,잘못활용하거나남용할경우에는우리몸은병들게되고환경은파괴될수있다.발견되고도공장노동자에게큰독성을일으켜100년가까이사용되지못했던셀레늄,대표적인발암물질로알려진카드뮴,중세시대독살용도로사용된비소,방사능공포를느끼게하는세슘등듣기만해도무시무시한원소들이다.그러나이들원소가해롭기만한것은아니다.셀레늄은신체노화를더디게하는데매우중요한역할을하며,카드뮴은QLEDTV의선명한화질을볼수있게한다.비소화합물인갈륨비소덕분에우리나라는반도체강국이될수있었고,적정량의세슘은방사선치료에사용된다.이책을통해원소가가진양면성을이해하면,막연히두려워하지않고,안전하게사용할수있는방법을배울수있다.

새로운미래를만드는화학의역할

화학을이해하는게왜중요할까?새로운문명이개척되는데에는원소의발견과조합이큰역할을했기때문이다.청동기시대를연‘청동’은주석과구리의합금이고,전쟁의역사를바꾼‘화약’은황이라는원소로만들어졌다.굶주린인류에게대량식량생산이라는혁명적인변화를가져오는데에는비료속질소의역할이컸다.이제화학자들은화석연료를대체할친환경배터리를만들기위해리튬이나소듐,수소,아연등을연구하고,실제이들배터리를장착한전기차가휘발유차나경유차와함께고속도로를달리고있다.빛의속도로영화를다운로드하여우리의눈과귀를즐겁게해주는데는광섬유속에포함된저마늄의역할이있다.인류에게닥친심각한환경문제들을해결하고,난치성질병을치료할치료제개발등원소가가진무궁무진한잠재력을이해할수있다.

원소이름에얽힌흥미로운에피소드와위험을무릅쓴화학자들의도전

프랑슘은발견한과학자의모국인프랑스의이름을따서프랑슘이라고명명했고,아인슈타이늄이나퀴륨원소는과학자의이름에서,타이타늄은그리스신화타이탄의이름에서나왔다.우리나라과학자가새로운원소를발견하게되면어떤이름이지어질까,상상하는것만으로도가슴이뛴다.첫발견자로서원소의이름을지을수있는권한이있기때문이다.
현재까지알려진118개의원소는그냥알려진것이아니라과학자들의끊임없는도전정신덕분이다.이책에는폭발이나독성과같은위험에도불구하고쉽게포기하지않았던과학자들의이야기가다양하게소개되어있다.연금술사브란트는금을얻기위해소변을가열하고증류하다인을발견했고,프레데릭맥케이라는치과의사는30년을연구에매달려플루오린이라고도불리는불소라는원소때문에충치가생기지않았다는사실을발견했다.주변에서일어나는일들에대해깊은관심을갖고왜그럴까하는질문을끊임없이던지는자세가과학의발전을이끈다는것을알수있다.