과학 이야기

폴로늄은 원자번호 84번의 원소로, 주기율표에서 16족에 속하는 방사성 금속이다. 은백색을 띠지만 강한 방사선을 내기 때문에 시간이 지나면서 스스로 열을 발생시키며, 모든 동위원소가 방사성이다. 자연에서는 우라늄과 토륨의 방사성 붕괴 과정에서 극미량 생성되며, 대표적인 동위원소인 폴로늄-210은 반감기가 약 138일이다. 폴로늄-210은 알파선을 방출하기 때문에 정전기를 제거하는 장치나 일부 과학 연구에 사용되어 왔지만, 인체에 들어가면 매우 위험할 수 있어 엄격한 관리가 필요하다. 폴로늄은 1898년 마리 퀴리와 피에르 퀴리가 발견했으며, 당시 마리 퀴리는 고향인 폴란드를 기념해 이 원소의 이름을 정했다. 우주에서는 별의 핵합성과 방사성 붕괴 과정에서 생성될 수 있지만, 반감기가 짧은 동위원소가 많아 자연계에 오래 남기 어렵다. 따라서 폴로늄은 현재의 양보다는 생성과 붕괴 과정을 통해 방사성 원소의 기원을 연구하는 데 중요한 의미를 가진다.

비스무트는 원자번호 83번의 원소로, 주기율표에서 15족에 속하는 금속이다. 은백색에 붉은빛을 띠는 금속으로, 단단하면서도 비교적 부서지기 쉬우며 다른 금속보다 열과 전기를 잘 전달하지 않는다. 녹는점이 약 271℃로 비교적 낮고, 녹은 비스무트가 굳을 때 부피가 증가하는 독특한 성질을 가진다. 비스무트는 납보다 독성이 낮아 납을 대체하는 재료로 관심을 받고 있으며, 저융점 합금과 납땜 재료, 화재 안전 장치 등에 활용된다. 또한 비스무트 화합물은 의약품과 화장품, 특수 안료 등에 사용된다. 자연에서는 주로 비스무티나이트 같은 광물에서 발견되며, 납·구리·주석 등의 광석과 함께 산출되기도 한다. 비스무트-209는 매우 긴 반감기를 가진 방사성 동위원소이지만 반감기가 우주의 나이보다 훨씬 길어 일반적인 환경에서는 안정한 원소처럼 행동한다. 우주에서는 별의 핵합성과 중성자 포획 과정에서 생성되며, 특히 무거운 원소가 만들어지는 s-과정과 관련되어 있다.

소화계는 소화를 담당하는 기관계이다. 소화란, 동물이 섭취한 음식에서 영양분을 흡수하기 위해 신체 내부의 물리적, 화학적 작용을 통하여 음식물을 잘게 섞거나 혼합하는 과정을 말한다. 입, 식도, 위, 십이지장, 간, 쓸개, 이자, 소장, 대장, 항문이 모두 소화계에 속하는 기관들이다. 입에서는 치아를 사용해 음식물을 잘게 부수고 침의 아밀레이스가 녹말을 엿당으로 분해한다. 입에서 삼킨 음식물은 식도를 타고 위로 간다. 위에서는 위산을 분비하여 음식물을 분해한다. 간에서는 쓸개즙을 만들고 쓸개에서 쓸개즙을 저장한다. 췌장에서는 아밀레이스, 트립신, 라이페이스 등 소화 호소가 포함된 이자액을 분비해 십이지장으로 보낸다. 소장에서는 이자액과 소화액, 쓸개즙을 이용하여 음식물을 완전히 분해하고 액체가 된 음식물을 융털에서 영양분을 흡수한다. 대장에서는 남은 찌꺼기의 수분을 흡수하고 항문을 통해 몸 밖으로 빠져나간다.

납은 원자번호 82번의 원소로, 14족에 속하는 금속이다. 푸른빛이 도는 회색의 무르고 무거운 금속으로, 가공하기 쉽고 녹는점이 약 327℃로 비교적 낮다. 공기 중에서 표면에 보호막이 형성되어 부식에 강한 편이며, 방사선을 잘 흡수하는 성질도 가지고 있다. 이러한 특성 때문에 납은 배터리의 전극, 방사선 차폐재, 케이블 피복과 일부 건축 자재 등에 사용된다. 과거에는 페인트와 휘발유 첨가제, 수도관 등에 납이 사용되었지만, 납과 그 화합물은 인체에 유해한 중금속이므로 현재는 많은 용도가 제한되었다. 자연에서는 방연석이라는 황화납 광물에서 주로 얻으며, 납은 우라늄과 토륨 같은 방사성 원소의 붕괴 과정에서 최종적으로 생성되기도 한다. 실제로 납의 일부 동위원소는 방사성 원소의 붕괴 계열에서 안정한 최종 산물로 나타난다. 우주에서는 별의 핵합성과 중성자 포획 과정에서 생성되며, 특히 느린 중성자 포획 과정인 s-과정에서 만들어지는 중요한 무거운 원소이다.

화학의 기본 반응 원리 중 하나. 산화수가 증가하면 산화, 감소하면 환원에 해당한다. 산화와 환원을 정의하기 위한 노력은 화학의 탄생 이후로 화두였는데, 시대순으로 정리하면 다음과 같다. 산화라는 말에서 볼 수 있듯이, 초창기에는 산화를 산소를 얻는 것, 환원을 산소를 잃는 것이라 정의했다. 하지만 특징상 명백히 산화-환원 반응이지만 산소가 관여하지 않는 반응도 있었는데, 이런 반응들은 당연히 산소를 갖고 정의하기 힘들었다. 이를 설명하고자 전자를 얻는 것을 환원, 잃는 것을 산화라 정의했다. 어떤 화학반응식에 있어서 한 물질이 산화했으면 다른 물질은 반드시 환원한다.(산화-환원 동시성) 전자는 없어지거나 생기지 않기 때문이다.

탈륨은 원자번호 81번의 원소로, 13족에 속하는 금속이다. 은백색을 띠며 매우 부드럽고 녹는점이 비교적 낮은 금속으로, 공기 중에서 쉽게 산화되어 표면이 변색될 수 있다. 자연에서는 주로 황화물 광석에 매우 적은 양으로 포함되어 있으며, 구리와 납, 아연 등을 제련하는 과정에서 부산물로 얻어지기도 한다. 탈륨과 그 화합물은 독성이 매우 강하기 때문에 과거에 사용되던 일부 용도가 크게 제한되었다. 과거에는 탈륨 화합물이 살충제와 설치류 구제제 등에 사용되었지만 현재는 대부분 금지되거나 엄격하게 관리된다. 탈륨-201은 방사성 동위원소로, 감마선을 이용해 심장 근육의 혈류와 기능을 확인하는 핵의학 영상 검사에 활용된다. 또한 탈륨 화합물은 특수 유리와 전자 재료 등의 제조에도 사용된다. 우주에서는 별의 핵합성과 중성자 포획 과정 등을 통해 생성되며, 탈륨의 동위원소를 연구하면 납이나 비스무트와 같은 무거운 원소가 만들어지는 과정과 별의 화학적 진화를 이해하는 데 도움이 된다.

수은은 원자번호 80번의 원소로, 주기율표에서 12족에 속하는 전이 금속이다. 상온에서 액체로 존재하는 대표적인 금속으로, 은백색의 광택을 띠며 밀도가 매우 높다. 녹는점이 약 -38.8℃로 낮아 일반적인 실온에서는 액체 상태를 유지하며, 전기와 열을 전달할 수 있다. 수은은 과거 온도계와 기압계, 전기 스위치, 형광등 등에 널리 사용되었지만, 수은과 그 화합물은 생물체에 독성을 나타낼 수 있어 현재는 많은 용도가 제한되고 있다. 자연에서는 주로 황화수은인 진사라는 광물에서 얻어진다. 수은은 다른 금속과 쉽게 합금을 형성하며, 이러한 합금을 아말감이라고 한다. 우주에서는 별의 핵합성과 중성자 포획 과정 등을 통해 생성되며, 수은의 동위원소를 분석하면 별에서 철보다 무거운 원소가 만들어지는 과정과 태양계 초기 물질의 기원을 연구하는 데 도움을 얻을 수 있다. 특히 수은은 여러 안정한 동위원소를 가지고 있어 핵합성 연구에서 중요한 정보를 제공한다.

금은 원자번호 79번의 원소로, 주기율표에서 11족에 속하는 전이 금속이다. 밝은 노란색의 광택을 가진 금속으로, 매우 무겁지만 부드럽고 연성과 전성이 뛰어나 얇은 판이나 가는 선으로 쉽게 가공할 수 있다. 공기와 물에 거의 반응하지 않아 녹슬지 않으며, 대부분의 산에도 잘 녹지 않아 화학적으로 매우 안정적이다. 금은 전기와 열을 잘 전달하기 때문에 전자 부품과 정밀한 전기 접점에 사용되며, 장신구와 화폐, 예술품 등의 재료로도 오랫동안 이용되어 왔다. 또한 금의 높은 반사율과 안정성을 이용해 우주선이나 위성의 일부 부품을 보호하는 데 활용되기도 한다. 자연에서는 주로 순수한 금이나 다른 금속과 섞인 형태로 발견되며, 암석과 하천의 퇴적물 등에서 채굴된다. 금은 별 내부의 일반적인 핵융합만으로는 충분히 만들어지기 어려운 무거운 원소로, 중성자별 병합이나 일부 초신성 등의 극한 환경에서 일어나는 빠른 중성자 포획 과정인 r-과정이 주요 생성 경로로 연구되고 있다.

백금은 원자번호 78번의 원소로, 주기율표에서 10족에 속하는 전이 금속이자 백금족 원소이다. 은백색의 광택을 띠며 밀도가 높고 단단하면서도 연성과 전성이 뛰어난 금속이다. 공기와 물에 비교적 안정하고 대부분의 산과 잘 반응하지 않아 부식에 매우 강하며, 높은 온도에서도 안정적인 성질을 가진다. 백금은 화학 반응을 촉진하는 촉매로서 중요한 역할을 하며, 자동차의 배기가스를 정화하는 촉매 변환기와 석유 정제, 화학 산업 등에 활용된다. 또한 전기 접점, 실험 장비, 의료용 기기와 장신구에도 사용된다. 백금 화합물인 시스플라틴은 특정 암의 치료에 사용되는 중요한 항암제로 알려져 있다. 자연에서는 매우 희귀하며, 주로 니켈과 구리 광석에 다른 백금족 원소들과 함께 포함되어 있다. 우주에서는 별의 핵합성과 초신성 폭발, 중성자별 병합 과정 등을 통해 생성되며, 특히 백금과 같은 매우 무거운 원소는 빠른 중성자 포획 과정인 r-과정과 관련이 있다.

이리듐은 원자번호 77번의 원소로, 주기율표에서 9족에 속하는 전이 금속이자 백금족 원소이다. 은백색의 광택을 띠며 매우 단단하고 부식에 강한 금속으로, 높은 온도에서도 화학적으로 안정한 성질을 가진다. 밀도가 매우 높아 오스뮴과 함께 가장 밀도가 높은 원소에 속한다. 자연에서는 매우 희귀하며 주로 백금이나 니켈 광석에 다른 백금족 원소들과 함께 존재한다. 이리듐은 고온과 부식에 강하기 때문에 특수 합금, 전기 접점, 고온용 장비 등에 사용되며, 백금과 이리듐의 합금은 내구성이 높아 정밀한 기계 부품에도 활용된다. 방사성 동위원소인 이리듐-192는 감마선을 방출하여 산업용 비파괴 검사와 의료 분야의 방사선 치료에 이용된다. 우주에서는 초신성 폭발과 중성자별 병합 등에서 생성되며, 지구의 특정 지층에서 이리듐이 비정상적으로 많이 발견되는 현상은 소행성 충돌과 관련된 증거로 연구되기도 한다.