원소

138억 년 전 빅뱅에 의해 탄생한 원소는 우주에 존재하는 다양한 물질의 기본 구성요소이다. 지구도 바다도 우리 인체도 원소의 조합이다.

원소는 2016년까지 총 118종류가 명명되었다. 자연에 존재하는 원소는 약 90종류이고, 나머지는 입자가속기를 통해 인공적으로 만들어진 원소이다. 또한 원소끼리 화학반응을 통해 만들어지는 화합물의 종류는 5천 만 종 이상으로, 앞으로도 그 수는 늘어날 것으로 보인다.

원소의 발견과 연구는 우리 삶을 변화시키고 발전시켰다. 그리고 우리는 그 원소의 시각적 형태를 직접 확인해 볼 수 있다!

우주는 약 138억 년 전 빅뱅에 의해 탄생했다. 탄생의 순간 우주에는 ‘쿼크’라 불리는 소립자가 이리저리 퍼졌으며 아직 원소는 존재하지 않았다. 그리고 0.0001초 후 우주의 온도가 떨어지자, 쿼크가 융합하여 중성자와 양성자가 만들어졌다.

양성자가 최초로 만들어진 원소인 수소의 원자핵이다. 그리고 얼마 지나지 않아 양성자와 중성자가 결합하기 시작해 헬륨, 리튬 등 가벼운 원소의 원자핵이 만들어졌다.

우주 탄생 후 약 3억 년이 지났을 때 수소 기체가 뭉쳐 최초의 별이 형성되었다. 빅뱅 이후 우주는 수소와 헬륨이 대부분이었으나 별 내부에서는 핵융합반응이 진행되었는데, 헬륨의 원자핵끼리 핵융합반응을 일으켜 탄소가 생성되었다. 그리고 그 탄소가 핵융합을 일으켜 더욱 무거운 원소를 만들어냈다. 이런 과정이 반복된 결과, 산소와 규소를 비롯한 철까지의 원소가 만들어졌다. 하지만 철보다 무거운 원소는 별 내부의 핵융합반응을 통해서는 생성되지 않는다. 별은 이윽고 대폭발함으로써 일생을 마치게 되는데, 철 이후의 원소는 이 초신성 폭발에 의해 생성되는 것으로 여겨진다.

인류가 최초로 발견하고 이용한 원소는 탄소, 금, 은, 구리, 주석, 납, 철 등이었다. 중세에는 연금술 실험 도중 아연이 발견되었고 이어서 안티몬, 비소 등이 발견되었다.

하지만 원소가 본격적으로 발견되기 시작한 것은 18세기 후반, 즉 근대 화학이 발전하고부터의 일이었다. 이후 영국의 화학자 돌턴이 원자설을 제안하며, 원자는 실제로 존재하고 각각 특정의 질량(원자량)이 있다는 사실을 발표했다. 그러는 사이 비슷한 화학적 성질을 가진 원소들이 발견되면서 원소들 사이에 어떤 법칙성이 있을 것이라 여겨지게 되었다.

그 법칙성을 논리적으로 정리하는 데 성공한 사람이 19세기 러시아 화학자인 멘델레예프였다. 멘델레예프는 그때까지 발견된 원소들을 수소, 질소, 탄소와 같이 가벼운 원소에서부터 차례로 배열해본 결과 주기적으로 성질이 비슷한 원소가 나타난다는 사실을 깨달았다. 1869년 발표된 그의 주기율표는 더욱 발전하여 현재까지 사용되고 있는 주기율표가 되었다. 그리고 이제 과학자들은 인공원소를 만드는 단계까지 왔다.

원소는 우리의 몸을 비롯해 지구상 모든 것들을 구성하는 기초이다. 심지어 우주도 원소의 조합으로 이루어져 있다. 우리는 끊임없이 원소를 연구하고 새로운 화합물을 만들며 우리 삶을 변화시키고 있다.