과학 이야기

프랑슘은 원자번호 87번의 원소로, 주기율표에서 1족에 속하는 알칼리 금속이다. 모든 동위원소가 방사성을 띠며, 자연계에 존재하는 원소 가운데 매우 희귀한 원소에 속한다. 자연에서는 우라늄-235와 악티늄 등의 방사성 붕괴 과정에서 극미량 생성되지만, 반감기가 짧아 지각에 존재하는 양이 매우 적다. 가장 오래 지속되는 동위원소인 프랑슘-223의 반감기도 약 22분에 불과하다. 프랑슘은 반응성이 매우 높을 것으로 예상되며, 알칼리 금속의 특성상 전자를 쉽게 잃고 +1 산화 상태의 이온을 형성한다. 그러나 자연에서 얻을 수 있는 양이 극도로 적기 때문에 실제 금속 프랑슘의 물리적 성질을 직접 측정하기는 어렵고, 많은 성질은 다른 알칼리 금속과의 비교를 통해 연구된다. 프랑슘은 1939년 프랑스의 물리학자 마르게리트 페레가 발견했으며, 조국 프랑스를 기념하여 이름이 붙었다. 우주에서도 무거운 방사성 원소의 붕괴 과정에서 생성될 수 있지만 수명이 매우 짧아 자연에 축적되기는 어렵다.

라돈은 원자번호 86번의 원소로, 주기율표에서 18족에 속하는 비활성 기체이다. 상온에서 무색·무취의 기체로 존재하며, 화학적으로 반응성이 매우 낮지만 모든 동위원소가 방사성을 가진다. 자연에서는 우라늄과 토륨이 붕괴하는 과정에서 생성되며, 특히 우라늄-238 붕괴 계열에서 만들어지는 라돈-222가 중요하다. 라돈-222는 반감기가 약 3.8일로 비교적 짧으며, 토양과 암석에서 발생한 라돈이 건물 내부에 축적될 수 있다. 라돈 자체는 기체이지만 붕괴하면서 생성되는 고체 방사성 물질이 공기 중 먼지와 결합해 호흡기를 통해 몸에 들어갈 수 있기 때문에 장기간 높은 농도에 노출되는 것은 건강에 해로울 수 있다. 이러한 특성 때문에 라돈은 지하 공간과 건물의 실내 공기질을 확인할 때 중요한 측정 대상이다. 한편 과거에는 라돈의 방사선을 이용한 치료가 시도되기도 했지만 현재는 안전성 문제로 일반적인 치료법으로 사용되지 않는다.

아스타틴은 원자번호 85번의 원소로, 주기율표에서 17족에 속하는 방사성 할로젠 원소이다. 상온에서는 어두운 색의 고체로 존재할 것으로 알려져 있으며, 모든 동위원소가 방사성을 가진다. 자연에서는 우라늄과 토륨의 방사성 붕괴 과정에서 극미량 생성되지만, 반감기가 짧아 지각에 존재하는 양은 매우 적다. 아스타틴은 1940년 인공적으로 처음 만들어졌으며, 자연계에서도 발견되는 가장 희귀한 원소 중 하나이다. 화학적 성질은 같은 족의 아이오딘과 비슷하지만 원자번호가 커질수록 금속성이 증가하는 경향을 보여 아스타틴은 할로젠 가운데 금속에 가까운 성질을 나타낸다. 방사성 동위원소인 아스타틴-211은 알파선을 방출하고 반감기가 약 7.2시간이어서 암세포를 선택적으로 공격하는 표적 알파 치료법의 후보 물질로 연구되고 있다. 우주에서도 무거운 원소의 방사성 붕괴 과정에서 생성될 수 있지만, 수명이 짧아 천체에 많은 양이 축적되기는 어렵다.

자연 선택은 어떤 생물 집단에서, 특정 환경에 서식하는데 있어 적합한 형질을 가진 개체가 살아남아 집단의 주류 구성이 되는 것을 말한다. 다윈의 진화론의 증거가 된다. 개체군 내의 개체들 사이에는 형질의 차이(변이)가 있는데 그 중 환경에 적응 및 생존하기 적합한 형질을 가진 개체가 그렇지 않은 개체에 비해 생존률이 높고, 그 결과 자손을 남길(번식) 기회를 더 많이 가지게 되며, 한편 해당자손에게 전달되므로, 결과적으로 환경에 적합한 형질을 가진 개체들이 개체 군 내에서 우위를 점하게 된다는 것이다. 쉽게 정리하면 과잉 생산으로 다양한 변이가 존재 -> 살아남기 위해 생존 경쟁 -> 자연선택 (환경에서 살기 유리한 변이가 생존함) ->유전과 진화 (그 환경에서 살아남은 변이가 더 많은 자손을 남기며 그 변이가 유전되어 오랜 시간후 진화된다.) *이때 후천적 요인은 유전되지 않는다. 후천적 요인 (쉽게) 성형을 하면 자식에게 예쁜 얼굴이 유전 안됨

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.