『유쾌발랄 화학스토리』 돌턴 이야기

 

 

안녕하세요! 롯데정밀화학 유쾌발랄소화제의 화통이입니다. 

세상은 무엇으로 이루어져 있을까? 라는 질문을 가지고 연구를 시작한 과학자가 있습니다.

오늘은 화학도들에게 공부를 시작할 때 가장 처음에 배우는 존 돌턴에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

 John Dalton (1766.09.06~ 1844.07.27)    

 

 

세상을 이루고 있는 가장 작은 입자는 무엇일까? 돌턴의 원자설

 

돌턴의 원자설을 알려드리기 전에 사실은 그 전의 질량보존의 법칙일정 성분비의 법칙을 알아야 하는데요. 질량 보존의 법칙은 『유쾌발랄 화학스토리』 라부아지에 이야기에서 설명 드렸었죠?

 

  『유쾌발랄 화학스토리』 라부아지에 이야기

http://www.finelfc.com/277

 

간략하게 다시 말씀드리면 질량보존의 법칙은 닫힌 계에서 반응을 하여도 총 질량이 변하지 않는다는 것이랍니다. 일정 성분비의 법칙은 화합물을 구성하는 원소들이 질량비가 일정하게 구성된다는 법칙입니다. 예를 들어 순수한 화합물인 물(H2O)은 수소(H)원자 2개, 산소(O)원자 1개로 이루어지는데요. 수소:산소의 질량비가 항상 1:8을 만족해야 물분자가 만들어집니다. 다른 비율로는 물이 되지 않는다는 것이 바로 일정 성분비의 법칙입니다.

앞서 말씀드린 질량 보존의 법칙과 일정 성분비의 법칙을 설명하기 위해 제안된 것이 바로 돌턴의 원자설입니다.

 

돌턴이 주장한 원자설은 다음과 같습니다.

 

1) 원자는 더 이상 쪼갤 수 없다.

2) 한 원소의 원자는 다른 원소의 원자로 바뀌거나, 없어지거나, 새로 생겨나지 않는다.

3) 같은 종류의 원자는 크기와 종류가 같고, 다른 종류의 원자는 크기와 질량이 서로 다르다.
4) 화합물에서 한 원자와 다른 원자는 정해진 수의 비율로 결함함으로써 이루어진다.

5) 화학반응은 원자와 원자의 결합방법만 바뀌는 것으로, 원자가 다른 원자로 바뀌지 않아 총 질량은 보존된다.

 

돌턴이 주장한 원자설 중에 가설 3개는 현재 잘못된 것으로 알려졌는데요.

1번의 가설은 원자는 다시 양성자, 중성자, 전자로 더 작은 입자로 쪼개어질 수 있기 때문에

2번은 핵분열이나 핵융합 시 다른 원자로 바뀔 수 있기 때문에

3번은 성질은 같으나 질량값이 다른 동위원소의 존재 때문에 이후에 개념이 수정되었습니다. 

돌턴의 가설이 일부 오류가 있긴 하지만 처음 원자라는 개념을 도입하여 배수비례법칙 등 다양한 화학 법칙을 발견하는데 밑바탕이 되었다는데 큰 의의가 있습니다.

 

 

 

 

 돌턴이 색맹이었다?!

 

 

 

혹시 Daltonism 이라는 단어 들어보셨나요? 선천적 적록 색맹을 의미하는 이 단어에 숨겨진 Dalton, 돌턴 보이시나요? 돌턴은 심한 색맹으로 알려져 있는데요. 검소하며 모든 사람들은 서로 평등하다는 것을 강조하여 주로 회색 계통의 간소복을 입는 퀘이거 교도였던 돌턴은, 어머니에게 선물한 양말이 회색이 아닌 빨간색임을 나중에 알아차리고 색맹이 있다는 것을 알게됩니다. 사후에 본인의 안구를 연구용으로 기증하여 색맹에 대한 연구를  그의 이름을 따서 적록 색맹을  Daltonism 이라고 부르는 것이랍니다.

 

어떠셨나요? 화학자 이야기가 마냥 어려운 것은 아니죠?

물질은 무엇으로 이루어져있을까?라는 질문으로부터의 연구가 근대화학의 기초가 되어 현대에 이르기까지 수많은 법칙이 되었다는 사실, 신기하지 않나요?

여러분들도 오늘부터는 주변의 작은 것에도 호기심을 가지고 알아보는 자세를 가지시면 훗날 여러분들의 이름을 남기는 날이 오지 않을까라는 생각을 해봅니다.

다음번에도 더 흥미진진한 화학스토리로 찾아뵙겠습니다!

 

 

  

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<과학교사가 알려주는 원소이야기 7.

 생(生)과 사(死)를 주관하는 산소>

 


 

 

여러분 안녕하세요! 과학교사 정은희입니다.

사진 뭔지 아시나요? 다들 어릴 그리스로마신화를 읽었을 거라 생각해요. 그림  남자는 프로메테우스랍니다. 신의 불을 훔쳐 인간에게 죄로 독수리에게 간을 먹히는 벌을 받았죠.

고대에서 불은 체온 유지와 맹수 퇴치, 음식을 익히는 데 사용되었고, 생명 유지에 필수적이었습니다. 프로메테우스는 그것을 알았던 것이죠. 불이 있었기에 인간 문명이 이렇게 발달한 것이랍니다! 불이 없다면 인간 사회는 원시사회로 돌아갈지도 몰라요. 그만큼 불은 꼭 필요한 존재인데, 산소가 있어야만 불을 피울 수 있답니다.물질이 공기 중의 산소와 화합하는 반응 중에 일정 온도 이상 열이 발생하면 불이 붙는 거에요. 오늘은 불이 생성되려면 꼭 필요한 원소인 산소에 대해서 알아보도록 합시다~!

 


산소의 발견은 누가?

 

산소, Oxygen은 1772년과 1774년에 셀레와 프리스틀리가 각각 서로 다른 방법으로 발견했습니다.

1774년 8월1일, 프리스틀리는 산화수은이라는 붉은색 가루에 렌즈를 통해 햇빛을 모았더니 붉은색이 없어지면서 은백색의  금속 방울이 생겨나면서 기체가 함께 발생하는 것을 관찰하였어요. 그래서 이 기체의 성질을 알아보기 위해 기체를 유리 그릇에 모았는데 우연히 촛불을 그릇 속에 넣어보니 불꽃이 세차게 타오르는 것을 관찰했다고 해요.  그는 이 기체에서 생물이 얼마나 살 수 있는지를 궁금해서 쥐를 넣어보기로 했대요.

너무 잔인하지 않냐구요? 다행히도 목사님이었던 프리스틀리는 쥐가 괴로워하면 바로 꺼내주려고 쥐꼬리를 잡고 있었다고 합니다. 이 실험의 결과 프리스틀리는 이 기체가 보통의 공기보다 불을 잘 생기게 하며 동물이 공기에서 보다 그 속에서 더 오래 살 수 있다는 사실을 발견하였고, 이 기체를 플로지스톤을 잃어버린 공기라고 부르기로 했어요. 그런데 이상하죠? 셀레는 1772년에 산소를 발견하였다고 하는데  왜 프리스틀리의 실험이 공식적인 산소를 발견한 첫 실험으로 인정받고 있을까요?

셀레프리스틀리와 다른 방법으로 산소 기체를 발견했고 자신이 발견한 사실을 원고로 적어 출판사에 넘기고 여행을 떠났는데 출판사 사장이 너무 게을러서 원고를 창고에 처박아두고 출판을 하지 않아 1777년이 되어서야 그 사실이 밝혀졌다고 해요. 그래서 프리스틀리는 산소의 공식적인 최초 발견자가 되었지만, 산소의 화학적인 가치는 잘 몰랐다고 합니다.

반면에 프리스틀리와 동시대에 살았던 근대화학의 아버지인 라부아지에는 그 기체의 성질을 가장 정확하게 파악하고 그 이름을 산소라고 붙였어요. 라부아지에는 이 기체가 신맛을 내는 산의 근본물질이라고 생각하여 산(oxy)을 만든다(generating)라는 뜻으로 산소(oxygen)라고 이름을 붙였다고 해요. 그러나 산이 모두 산소와 관련이 있는 것은 아니라는 사실을 꼭 알아두길 바랍니다!

 


에너지를 얻기 위해 필요한 산소!

 

산소는 식물의 광합성 과정에서 생성됩니다. 식물이 방출한 산소를 동물이 호흡하여 체내로 이동한 산소는 포도당과 같은 유기물질을 분해하는 세포호흡을 돕습니다. 이 과정을 통해 동물은 에너지를 얻습니다.  세포 호흡의 과정을 반응식으로 나타내면 다음과 같습니다.

 C6H12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O+ Energy

동물은 에너지를 얻어 살아가기 위해 호흡을 통해 산소를 체내에 공급해줘야 하지만 동물이 죽어 부패되기 위해서도 산소가 필요해요. 부패는 주로 미생물에 의해 이루어지지만 산소가 부족하면 완전산화가 이루어지지 않아 반드시 필요하죠~ 즉 산소는 생물의 삶과 죽음을 모두 함께하는 기체랍니다.

 

 

 

산소(O2)와 오존(O3)

 

 

지금까지 설명한 산소(O2)는 산소원자 2개가 결합한 것입니다. 3개의 산소원자가 결합한 것도 있는데, 이런 산소의 동소체를 오존 (O3)이라 합니다. 산소보다 산화력이 강해서 살균, 정화, 소독, 탈취, 표백 등에 쓰입니다. 또한 독성이 있어 체내에 들어가면 강한 산화작용으로 세포막을 손상시켜 인체에 유해할 수 있습니다. 그러나 오존이 나쁜 것만은 아니에요! 오존은 대기의 성층권에서 자외선으로부터 지구를 보호하는 역할을 하는데요. 환경오염이 심해저 오존층이 파괴되고 있죠.

우주를 만든 것이 수소와 헬륨이라면 지구의 생명을 만든 것은 산소라고 할 수 있습니다. 산소는 우리의 삶을 둘러싸고 있어 그 가치를 평소에는 잘 모르고 사는 것 같습니다. 우리의 생명을 유지해주고 있다는 생각을 하면, 그 존재만으로도 경이로움이 느껴지지 않나요?

매일 아침 일찍 일어나 기지개를 키며 숨을 크게 한 번 쉬는 것으로 산소를 기억하는 것은 어떨까요 : >

 

선생님의 한마디  

모든 산소가 우리에게 이로운 것은 아닙니다. 우리 몸에 해가 되는 산소도 있습니다. 바로 활성산소인데요. 활성산소는 세포에 손상을 입히는 모든 종류의 변형된 산소입니다. 적당한 양이 있으면 생리기능과 몸을 보호하지만, 체내에 과다하게 있을 경우 세포 손상과 노화를 유발합니다. 대표적으로 과산화수소, 초과산화 이온, 수산화라디칼 등이 있죠.

 

수산화라디칼은 소독약으로도 쓰이지만, 산화력이 커서 다른 물질을 쉽게 변형시키는 특성으로 인해 제거하지 말아야 할 분자까지 공격하기 때문에 주의가 필요합니다.

초과산화 이온은 불안정하기 때문에 다른 입자로부터 전자를 강제로 뺏는 성격을 가지고 있습니다. 다른 입자로부터 전자를 뺏으면 초과산화 이온은 안정화되지만, 전자를 뺏긴 입자는 산화되어 버립니다. 초과산화 이온이 탄수화물과 단백질 같은 필수 물질을 산화시켜 유전자 손상이 일어나면, 노화는 물론 여러 질병에 쉽게 노출될 수 있습니다. 현대 질병의 90% 이상이 유전자 손상에 의한 것이라고 생각하면 아찔하네요..

우리 몸 속 활성산소는 생활 속 작은 실천으로도 줄일 수 있는데요~.

4가지 정도만 지켜주세요! 금연! 음주는 1-2잔! 소식! No 스트레스! 간단하죠…?

흠… 사회생활을 하는 직장인들은 좀 힘드시려나요?

이외에도 현미, 단호박, 호두, 베리류, 홍삼이 대표적인 항산화 음식이니 매일매일 조금씩 챙겨먹으면서 건강 유지하도록 해요: )

 

 

 

 

 

 

 

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     『유쾌발랄 화학스토리』 라부아지에 이야기

 

 

안녕하세요!  롯데정밀화학유쾌발랄소화제의 화통이입니다. 

오늘은 여러분에게 화학을 빛낸 인물을 소개드리려고 합니다. 화학자는 다소 생소하시겠지만 이 분의 연구성과가 없었더라면 우리 생활의 대부분의 기초적인 원리를 응용하기까지 상당한 어려움이 있었을 것 같습니다. '근대화학의 아버지' 라부아지에에 대하여 알아볼까요?

 

 

                                                     Antoine Laurent de Lavoisier(1743.8.26 ~ 1794.5.8)

 

 

라부아지에의 일생

 

라부아지에는 부유한 법률가의 아들로 태어나 법학을 전공했지만 자연과학에 흥미를 가지게 되면서 화학연구를 시작하였습니다. 여러가지 실험을 통해 플로지스톤설을 부정하고 연소설을 주장하는 등 화학분야에서의 입지를 확고히했습니다. 그러나 프랑스 혁명이 일어나고 세금 징수원이었던 라부아지에는 처형을 당하게 되는 비극적인 결말을 맞이하게 됩니다.

 

 

 

 라부아지에와 질량보존의 법칙

 

 

 

라부아지에는 오늘날의 자연과학의 근본이 되는 법칙인 질량보존의 법칙 정립했습니다.

이 법칙의 발견은 라부아지에의 정량적인 실험이 뒷받침 되었기때문에 가능했습니다.

라부아지에는 주석을 연소시키는 실험을 통해 반응 전과 후의 총 질량이 같음을 밝혀냄으로써 화학반응의 전후에서 반응물질이 전체 질량과 생성물질의 전체질량은 변하지 않는다는

이론을 증명합니다.

 

반응 전 주석 질량 + 반응한 기체 질량  =  연소 후 산화주석의 총 질량

 

 

또한 페리칸 병 (목이 긴 유리병)을 이용하여 물을 넣고 100일동안 가열하여 그 전후의 물과 증류기 및 침전물의 무게를 저울로 측정하여 가열 전후에서 물의 양에는 아무 변화가 없는 것을 알아내었습니다. 침전물은 물이 전환한 것이 아니고 유리에서 생긴것임을 정량적으로 밝혀내었고 근대화학의 기초 이론인 연소이론까지 확립하게 됩니다.

 

 

 

 라부아지에와 물 분해

 

 

 

라부아지에는 아리스토텔레스의 '4원소 변환설'(만물을 이루는 기본물질인 물, 불, 흙, 공기는 각각 차가움, 뜨거움, 건조함, 축축함의 성질을 갖고 있는데 성질이 조합이 되면 다른 원소로 변환된다는 주장)을 부정하였는데 물분해 실험 통해서 입증하였습니다.

위 그림과 같이 불이 붙은 철제관을 지나면서 철제관은 산화되고 병의 끝에는 매우 폭발성이 큰 기체가 모이게 됨을 알게됩니다. 철을 녹슬게 한 것은 산소이고, 폭발성을 가지는 기체는 수소인 것이죠. 즉 물은 산소와 수소로 분해된다. 물은 원소가 아니다라는 것이

입증되면서 아리스토텔레스의 주장이 틀렸다는 것이 알려지게 됩니다.

 

 

 엘뢰테르 이레네 듀폰(Eleuthere Irenee du Pont)은 그 이후 라부아지에로부터 사사받은 화약기술을 바탕으로 화약 공장을 세우게 됩니다. 이것이 바로 지금의 듀폰(Du Pont)이라는 회사의 시초이기도 하죠.

 

 

화학자 이야기 들어보니 어떠신가요?

『유쾌발랄 화학스토리』는 다음에도 계속될 예정이니 지켜봐주세요

 

   

 

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