우리가 먹는 것이 곧 우리 자신!
생명을 구성하는 모든 것이 주기율표에 있다
임신한 여성이 9개월 동안 먹은 음식은 원자로 분해되어 태아를 형성한다. 우유 속의 칼슘(원자번호 20번)은 뼈를 만들고, 감자 성분인 질소(원자번호 7번)는 피부를 구성하며, 소금에 함유된 소듐(원자번호 11번)은 뇌를 이룬다. 한마디로 ‘우리가 먹는 것이 곧 우리 자신’인 것이다.
이는 동물만의 이야기가 아니다. 식물은 주기율표상 12번 원자인 마그네슘으로 햇빛을 흡수하고, 23번 바나듐과 42번 몰리브데넘을 이용해 성장에 중요한 영양분인 질소를 토양에서 얻는다.
우리가 먹지 않으면 생명을 유지할 수 없는 물과 소금도 마찬가지다. 모두가 알다시피 물은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어져 있으며, 소금은 염소와 소듐(나트륨)으로 결합된 화합물이다.
생물학적 체계가 어떠한지에 상관없이 생명을 이루는 모든 원소가 주기율표에 있으며, 이 신비로운 구성의 비밀 또한 주기율표 속에 있다. 그렇다면 원소는 어떻게 발견되었고, 원소 하나하나가 정렬된 주기율표는 어떻게 완성되었을까?
원소 사냥에 나섰던 천재들의 고군분투사
데모크리토스부터 멘델레예프와 글렌 시보그까지
기원전 5세기에 살았던 고대 그리스 철학자 데모크리토스. 그는 만물은 더 이상 쪼개지지 않는 작은 단위로 만들어졌으며 그것들이 결합해 우리가 사는 세계를 구성한다고 믿었다. 그리스어로 ‘쪼개지지 않는’이란 의미의 단어는 우리가 이미 아는 원자(atom)다. 하지만 인류가 이 원자론을 과학적으로 규명한 것은 2,000년이 훌쩍 지나서였다.
17세기 후반 독일의 헤니히 브란트가 소변을 가열, 정제하여 원자번호 15번 ‘인’을 발견했다. 이어서 프랑스의 앙투안 라부아지에가 공기는 질소와 산소의 혼합물이며 물은 수소와 산소의 화합물이라는 사실을 발견했다. 그 뒤 과학자들은 고대의 4원소설(물, 불, 공기, 흙)을 폐기하고 진짜 원소를 얻기 위해 닥치는 대로 태우거나 녹이기 시작했다고 한다. 브란트의 발견은 화학계에 기념할 만한 순간으로 남았는데, 원소가 어딘가 멀리 있는 상상의 물질이 아니라 바로 우리 주변에 있다는 것을 알게 되었기 때문이다. 또한 이때 비로소 연금술이라 치부되며 미신으로 외면당했던 화학이 이성적인 과학의 영역으로 들어오게 되었다.
이같이 발견된 원소들이 차곡차곡 쌓이면서 원소들마다 주기적 특성이 있다는 사실이 드러났다. 원소 주기율표의 역사는 독일 화학자 요한 되베라이너의 세쌍원소설에서 시작된다. 이어서 존 뉴랜즈의 옥타브설을 거쳐, 러시아의 천재 화학자 드미트리 멘델레예프에 이르러 정립된다. 멘델레예프가 주기율표의 아버지로 불리는 것은 그가 현대 주기율표의 기준인 원자량 순서대로 원소를 나열했기 때문이며, 게다가 빈자리를 두어 언젠가는 빈칸을 채울 원소가 발견될 것이라고 주장했다. 그리고 미국의 글렌 시보그를 비롯한 현대 화학자들이 그 빈칸을 채움으로써 멘델레예프의 예언은 고스란히 적중했다.
이 밖에도 조지프 톰슨, 어니스트 러더퍼드, 에르빈 슈뢰딩거 등 원자의 비밀을 밝히기 위해 고군분투했던 과학자들의 이야기를 읽다 보면 화학의 역사가 곧 인류 문명의 발전사와 궤를 같이함을 알 수 있다.
어떤 원소가 세상을 바꾸었을까?
주기율표에 담긴 118가지 이야기
인류의 문화, 정치, 기술에 가장 핵심 역할을 한 원소는 무엇일까? 어떤 원소가 인류 문명 발전에 결정적 역할을 했을까? 어떤 원소가 세상의 외형을 바꾸었고, 어떤 원소가 암암리에 우리 일상을 바꾸어놓았을까? 또 어떤 원소가 지구 환경을 파괴했고, 어떤 원소가 인류의 실험에 가장 막강한 영향을 끼쳤을까?
지금 자신의 방을 둘러보라. 눈에 띄는 사물의 90퍼센트는 탄소로 구성되었을 것이다. 탄소는 인간에게 금속을 제련할 능력을 주었으며, 19세기에 이르서는 탄소를 연료로 태우는 연소기관을 발명하게 했다. 하지만 아이러니하게도 지금은 지구 기후의 평형을 깨뜨리는 주범이 되고 있다. 긍정적이든 부정적이든 인류 역사의 흐름을 가장 크게 바꾼 원소는 탄소다.
주기율표에는 탄소와 마찬가지로 다채로운 사연을 가진 원소들의 이야기가 가득하다. 주석은 우리가 음식을 오래 보존할 수 있는 통조림을 만들게 해주었으며, 지구에 고작 17톤가량 매장된 금은 인류사 내내 정복과 쟁탈전을 유발시켰다. 총알의 재료로 쓰인 납은 인류를 고통으로 몰아넣은가 하면, 구텐베르크의 금속활자술에 쓰여 수많은 사람들을 문맹에서 탈출시켜 주었다. 염소 역시 어떻게 쓰느냐에 따라 질병을 막는 소독제가 되기도 하고, 사람을 질식시키는 독가스가 되기도 한다. 천왕성(Uranus)의 이름에서 유래한 우라늄은 오늘날 세계 패권의 핵심으로 자리 잡았으며, 반도체의 대표 소재인 실리콘은 샌프란시스코 남부의 지명인 산타클라라밸리를 실리콘밸리로 바꾸어버렸다. 이처럼 원소에 얽힌 이야기는 곧 우리 자신의 이야기다.
이제 그동안 꺼려왔던 주기율표를 다시 펼쳐볼 시간이다. 거기에는 우리가 태어나기 이전의 헤아리기조차 힘든 오랜 시간의 역사, 그리고 우리가 죽고 난 이후에도 계속 펼쳐질 미래가 씨줄과 날줄로 촘촘히 새겨져 있을 것이다.