주기율표의 탄생 배경과 예시

주기율표의 탄생 배경과 예시

주기율표의 탄생 배경과 예시

1700년대로 들어오면서 우리 인류는 약 30여 가지의 원소들을 추출하는 방식을 알아냈고, 순수하고 본질적이며 핵심적인 물질, 즉 원소를 실제로 손에 넣게 됩니다. 그리고 1600년대부터 과학적 방법론을 적용하기 시작하면서 1800년대 들어와서는 100년이라는 아주 짧은 기간 동안에 무려 50여 가지라는 엄청나게 많은 새로운 원소들을 다시 또 추출해내는 데 성공하게 되죠. 그래서 1800년대에 들어오면서 우리 인류는 84가지에 달하는 새로운 원소를 손에 넣게 되었습니다. 그리고 이 84가지 원소가 가지고 있는 화학적 성질에 대한 연구결과들은 과학적 방법론을 통해서 모든 다른 연구자들과 공유되고, 기록으로 남겨지고, 모든 사람들이 기록을 들여다보면서, 어떤 연구들이 실행되고 있는지, 어떤 원소들을 얻게 되었는지를 모두들 다 알게 되었습니다. 그 과정에서 84가지 원소에 대한 단편적인 조각 지식들이 한데 모여서 서로의 연관성을 갖는 새로운 지식들이 등장을 하기 시작합니다. 그래서 만들어진 것이 바로 주기율표였습니다.

주기율표의 탄생

1800년대에 들어와 원소들에 대한 지식들이 모두 한자리에 모여서 합체를 하면서 마침내 주기율표라고 하는 하나의 결정체를 만들게 되었는데, 이것이 바로 다름 아닌 그동안 연금술사들이 찾아서 헤맸던 철학자의 돌이나 다름없는 굉장히 중요한 지식체계였습니다. 지금 그림에 보시는 것은 1871년에 러시아의 화학자인 멘델레프가 발표했던 아주 초기의 주기율표입니다. 이 주기율표에는 당시에 우리 인류가 손에 넣었던 약 80여 가지의 원소의 원소기호가 나열되어 있습니다. 이 원소들을 무게가 무거워지는 순서대로 나열하다 보면 8개의 원소가 지나가고 나면 다시 똑같은 성질의 다른 원소가 반복이 됩니다. 소위 오늘날 우리가 말하는 주기 성질이죠. 옥타브 법칙이라고도 하죠. 이 주기 성질에 의해서 이 80여 개의 원소들을 나열을 하게 되면, 지금 보시는 것과 같은 주기율표를 얻게 되는 것이죠. 실제로 멘델레프 자신은 실험을 전혀 하지 않았던 화학자였습니다. 단지 멘델레프는 기록을 통해서 공유되었던 다른 연금술사들의 실험 결과들을 들여다보고 이와 같은 관련성을 돌출해내었던 것이지요. 지식을 공유하는 과학적 방법론이 접목되지 않았더라면 이와 같은 주기율표를 얻기는 쉽지 않았겠지요. 오늘날 우리들은 지금 그림에 보는 것과 같은 더욱 발전된 주기율표를 사용하고 있습니다. 이 주기율표에는 약 100여 개 원소의 원소기호가 나열되어 있습니다. 원자들에 대한 화학적 지식을 집대성해놓은 것이죠. 이 표를 통해서 원자들이 가지고 있는 여러 가지 원자의 성질들을 서로 상호 비교를 할 수 있고, 이 주기율표를 통해서 세상을 구성하고 있는 원자들에는 어떤 종류가 있는지를 한눈에 알아볼 수가 있게 됩니다. 주기율표는 1800년대까지 수백 년 동안 연금술사들의 연구를 통해서 밝혀진 원자들에 대한 화학적 지식을 하나의 표로서 집대성시켜놓은 결정체입니다. 즉 원자 세계에 대한 화학적 지식을 그대로 보여주는 굉장히 중요한 자산입니다. 우리 화학자들은 사실상 주기율표를 통해서 세상을 바라봅니다. 1600년대에 과학적 방법론이 접목되면서 연금술이 화학으로 발전되었고 그동안의 연금술사들의 실험을 기초로 화학자들이 주기율표를 얻게 되는데, 이 과정에서 인류는 원자의 세계에 눈을 뜨게 됩니다. 우리 주변에 있는 세상의 모든 물질들이 실제로는 원자라는 굉장히 작은 입자들로 구성이 되어있고, 그 원자들이 어떤 종류이냐에 따라서 우리는 서로 다른 물질을 보게 된다는 사실을 깨닫게 된 것이죠. 이때부터 우리 화학자들은 이 주기율표라는 안경을 끼고 세상을 바라보게 됩니다.

주기율표로 보는 세상 예시

예를 들어 볼까요? 이 사진은 소금과 물을 보여주고 있습니다. 소금과 물을 보면 그야말로 사진에서 보는 것과 같이 그냥 소금, 그냥 물로 보이게 마련이지요. 하지만 우리 화학자들은 이 소금과 물을 바라볼 때 주기율표라는 안경을 통해서 들여다보게 되고, 그동안은 보이지 않았던 그 속에 있는 원자의 세계가 눈에 들어오게 되죠. 소금을 구성하고 있는, 물을 구성하고 있는 원자의 종류가 무엇인지, 그리고 이 원자들이 어떤 상태로 어떤 개수 비율로 조합을 이루고 있는지를 들여다보게 되는 것이죠. 그래서 우리 화학자들이 주기율표라는 안경을 끼고 소금과 물을 보면 다음과 같이 보입니다. 소금은 소듐이라는 원소와 염소라는 두 가지 서로 다른 종류의 원소들로 이루어져 있습니다. 그래서 수많은 개수의 소듐 원자와 수많은 개수의 염소 원자들이 한데 모인 원자들의 집합체로 보이죠. 그런데 이렇게 모여 있는 원자들의 개수를 세어보면 소듐 원자의 개수와 염소 원자의 개수가 1:1 비율을 갖게 됩니다. 그래서 이 소금을 소듐과 염소의 원자기호를 이용해서 NaCl이라 표현을 하죠. 이를 실험식이라고 하며 화학식이라고도 합니다. 따라서 일반 사람들이 그냥 소금이라고 표현을 할 때 우리 화학자들은 화학식을 이용해서 NaCl이라고 표현하게 되죠. 물도 마찬가지입니다. 물도 우리 화학자들의 눈에는 주기율표라는 안경을 끼고 보면 원자들의 집합체로 보입니다. 두 개의 수소 원자와 하나의 산소 원자가 합쳐진 원자의 집합체인 것이죠. 그래서 수소를 나타내는 원소기호 H와 산소를 나타내는 원소기호 O를 이용한 화학식으로 물을 표현합니다. 따라서 H₂O로 물을 표현하게 되는 것이죠. 극단적으로 다른 물질의 예를 한번 볼까요? 보시는 사진은 다이아몬드와 흑연입니다. 여러분이 보시기에 어떻습니까? 전혀 다른 물질이죠. 어떤 유사성을 전혀 찾아볼 수 없습니다. 하지만 우리 화학자가 주기율표라는 안경을 끼고 이 다이아몬드와 흑연을 보면 사실상 똑같은 물질이나 다름없이 보입니다. 왜냐하면 다이아몬드나 흑연 모두 탄소라는 한 가지 종류의 원소들로 이루어져 있기 때문입니다. 단순히 탄소 원소들이 모여 있는 집합체로 보이기 때문에 다이아몬드와 흑연을 화학식으로 표현을 하면 단순히 C로 쓰게 됩니다. 다이아몬드도 C이고 흑연도 C입니다. 사실상 우리 화학자들 눈에는 같은 물질이나 다름없이 보이는 것이죠. 그렇다면 도대체 어떤 이유로 이처럼 똑같은 구성 물질로 이루어져 있는데도 불구하고 다이아몬드와 흑연은 전혀 다른 물질의 특성을 나타낼까요?