6. 원소주기율표 - 그 여섯번째 이야기

캐번디시가 수소를 찾아내기 전까지 사람들은 공기가 하나의 원소라고 생각했습니다. 하지만 우리는 공기 속에 산소와 질소, 그리고 수소를 포함한 미량의 여러 원소가 있다는 걸 알고 있습니다. 과학자 “윌리엄 램지”는 이 “미량의 원소”를 찾기 위해 한가지 실험을 하고 있었습니다. 공기중에서 질소를 추출해 낼 수 있다. 마찬가지로 광석에서 질소를 추출해 낼 수 있다. 두개의 질소는 같은 질소이므로 스펙트럼이 같아야한다. 삼단논법으로 정리되는 간단한 실험이었습니다. 결과는 어땠을까요? 예상과 달리 두 질소의 스펙트럼은 다르게 나왔습니다. 광석에서 추출해낸 질소의 스펙트럼이 더 밝았던 것입니다. 램지는 생각했습니다. 공기 속에 질소를 제외한 뭔가 다른게 있는게 아닐까? 그는 공기중에서 추출한 질소에 마그네슘 부스러기를 이용해 질소를 모두 제거해보았습니다. 그의 예상대로 뭔가가 있었습니다. 아르곤이었습니다. 램지는 이 아르곤이 원소주기율표의 첫번째 비활성 기체라고 추측했습니다. 하지만 주변의 회의론자들은 그가 발견한 아르곤 자체를 인정하지 않으려했습니다. 그런 사람들 중 대표적인 인물이었던 멘델레예프는 아르곤이 자신의 주기율표와 맞지 않으며, 질소의 무거운 형태일 것이라고 했습니다. 하지만 램지는 비활성 원소처럼 주변의 이야기에 반응하지 않고 실험을 이어나갑니다. 미국의 한 지구과학자가 광석에서 정체가 밝혀지지 않은 비활성 기체를 얻었다는 편지를 램지에게 전해왔고, 램지는 광석을 수소문해 얻어낸 뒤 실험을 재현했습니다. 그런데 이 광석에서 추출한 기체의 스펙트럼은 아르곤과 달랐습니다. 램지는 이 기체의 스펙트럼이 태양의 스펙트럼과 같다는 걸 알아차립니다. 바로 헬륨이었던 것입니다. 램지는 기체를 대량으로 액화시키는 방법을 그의 조수 트레버스와 함께 개발해 아르곤 연구에 정밀성을 높였고 3년동안의 연구 끝에 숨어있던 또 다른 원소를 찾아냈습니다. 크립톤이라는 원소였습니다. 크립톤의 뜻은 '숨어있다'는 뜻입니다. 램지는 이 기쁨을 알리기 위해 당시 스코틀랜드에 가있던 아내에게 새로운 원소를 찾았다는 내용의 편지를 전합니다. 램지의 아내는 “내가 당신 곁을 떠날때마다 새로운 원소를 발견하시는군요.” 라며 위트있게 답장을 보냅니다. 그가 가지고 있던 가족에 대한 신뢰와 사랑은 크립톤처럼 숨길 수 있는게 아니었나봅니다. 그는 액체 아르곤을 계속 연구했고, 좀 더 정밀한 실험방법을 통해 아르곤 보다 먼저 증발하는 원소를 발견합니다. 열 세살짜리 아들은 아버지가 발견한 새로운 원소에 이름을 제안합니다. 아들 : 새롭다는 뜻의 라틴어 “노붐(novum)”으로 하면 어떨까요? 램지 : 그래, 좋은 생각이다. 그런데 원소명은 그리스어로 붙이는 것이 전통이니 “네온(neon)”이라고 하자꾸나. 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤을 발견한 램지는 액체 네온과 액체 크립톤으로 연구를 계속 이어갑니다. 그 결과 또 다른 원소를 찾아냈습니다. 제논이라는 원소였습니다. 비활성 기체들은 언뜻보면 쓸모가 없어보이지만, 다른 물질과 반응하지 않기 때문에 많은 가치를 지닙니다. 헬륨은 냉각제로, 네온은 거리의 조명에 사용되고, 아르곤은 전구의 필라멘트를 보호하기 위해 사용되며, 녹는점이 높아서 일반적인 방법으로는 용접이 불가능한 알루미늄 같은 것을 용접해야할때 쓰입니다. 크립톤 역시 크립톤 전구에 사용되는데, 소비전력은 낮고 밝기는 더 밝은 장점이 있습니다. 마트에 가면 쉽게 구할 수 있습니다. 제논은 고급 카메라 플래쉬로 사용됩니다. 비활성 가스(inert gas)는 원소의 본래 성질과 상관없이, 우리의 일상에서 활용되는 모습만을 놓고 본다면 활발한 가스(outgoing gas)입니다. 램지 또한 무기력한 사람(inert man)이 아니었습니다. 자신의 실험결과를 증명하기 위해 2년에 걸쳐 원소 샘플들을 정제시켜 증거물로 제시함으로서 회의론자들의 의심을 불식시키는데 성공합니다. 그리고 그는 이 공로를 인정받아 노벨상을 받게 되었습니다. 그는 왕립학회 철학 회보를 통해 이런 말을 남깁니다. “자연에는 그로테스크한 것이 없다. 어떤 것도 공허한 규칙과 불필요한 공간을 채우기 위해 만들어지지는 않는다.” 참고 및 인용 - 원소의 세계사 (preodic tales)

도서출판 선앤문입니다.
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