계속 반으로 나눈다면?

호영이는 궁금한게 참 많은 과학적 호기심이 풍부한 아이예요. 그래서 엄마에게 이것저것 궁금한 것을 물어보곤 하죠.

어느 날, 호영이는 엄마가 아침에 사과를 먹기 좋은 크기로 자르는 것을 보고 "저 사과를 얼마나 작게 썰 수 있을까?" 하고 궁금해했어요.

"그리고 꼭 한 가지 분자만 모여서 물질을 구성해야 하는 것은 아니고, 여러 가지 영양성분이 섞인 우유나 공기처럼 여러 가지 분자가 모여서 어떤 물질을 구성할 수도 있어. 엇, 시간이 벌써 이렇게 됐네. 엄마 잠깐 일하러 갔다 올게. 혼자 잘 있을 수 있지?" "네, 엄마! 다녀오세요."

호영이의 엄마는 한 제약회사의 직원이었고, 오늘은 원래 쉬는 날이었지만 친한 동료 과학자들이 불러서 잠깐 회사에 갔다 오기로 했어요. 그런 엄마를 호영이는 씩씩하게 반겨줬지만, 내심 원소에 대한 이야기가 너무 재미있었는데 엄마가 갑자기 가버려서 아쉬운 마음도 있었어요.

곧 원자핵이라는 친구는 호영이를 웬 커다란 불꽃 앞으로 데리고 갔어요. 그런데 그 불꽃들은 각각 색이 달랐고, 모든 불꽃은 붉은색이라 생각했던 호영이는 이 불꽃들을 보고 정말 예뻐서 감탄했지요. "우와! 너무 예뻐! 이런 건 어떻게 한 거야?"

"이건 원소의 성질을 활용한 거야. 일부 원소들은 불에 태웠을 때 특이한 불꽃색이 나타나거든. 불꽃 놀이를 볼 때 여러 가지 색상의 불꽃이 나타나는 것도 이 원리를 이용한 거야. 이러한 것 외에도 과자 포장, 로켓 연료, 비행선의 원리, 신소재 개발 등에도 이런 원소의 성질이 이용되고, 이 세상은 원자로 이루어져 있으므로 우리가 원자에 대한 모든 것을 알게 된다면 분명 우리는 엄청난 발전을 이루게 될 거야."

그 친구를 따라가자, 어떤 특이한 모양이 보였어요. 그리고 원자핵라는 친구는 바로 그 모양을 소개했죠.

"지금 너가 보고 있는 모양은 원자의 구조를 간략하게 나타낸 것이야. 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있지. 먼저 원자핵에 대한 소개를 먼저 할게. 원자핵은 원자의 중심에 있는 것으로, (+) 전하를 띄는 양성자와 아무런 성질도 없는 중성자가 붙어있는 형태로 이루어져 있어. 이 원자핵은 조금 있다가 얘기할 전자에 비해서 1800배 정도 무거워서 원자의 무게가 이 원자핵의 무게에 따라 정해져. 그리고 나도 이 원자핵의 모양을 가지고 있지! 전자는 양성자와 반대로 (-) 전하를 띄고 있고, 원자핵 주위를 돌고 있어. 공전이라고도 하지. 그리고 이 전자가 도는 궤도(전자가 움직이는 범위)가 얼마냐에 따라서 원자의 크기가 결정되지."

"방금 엄마가 원소에 대해서 이야기해줬는데, 원소의 종류에는 수소, 산소, 탄소, 나트륨, 철, 금 등이 있어. 그리고 원자라는 말이 있는데, 원자는 이 세상에 있는 모든 물질들을 이루고 있는 입자야. 그리고 이 원자와 원소라는 말의 가 다른 것을 아는 것이 중요한데, 원소가 어떤 물질을 이루고 있는 입자의 종류에 대해 이야기하는 거라면, 원자는 어떤 물질을 이루고 있는 입자의 개수에 대해 이야기하는 말이야."

"아까의 비빔밥을 예시로 들자면, 비빔밥에 밥, 계란후라이, 각종 나물, 고추장 등이 들어간다는 것은 원소의 개념이지만, 밥 몇 g, 계란 몇 개, 어떤 나물이 몇 g, 고추장 몇 g이 들어간다는 것은 원자의 개념이야."

(실험 방법과 참고 영상은 부록으로)

"그리고 방금 원자에 대해서 설명했었는데, 이 원자가 모여서 하나의 고유한 특징을 가지는 입자가 된 것을 분자라고 해. 그리고 이러한 분자가 모이면 우리가 볼 수 있는 하나의 물질이 되지. 아까의 비빔밥 예시도 사실은 밥, 계란후라이, 각종 나물 등은 원소보다는 분자에 가까운 개념이야."

"분자의 예를 몇 가지 들어주자면, 우리가 매일 마시는 등의 여러 가지 일에 꼭 필요한 물의 분자는 수소 원자 2개, 산소 원자 1개로 이루어졌어. 그리고 이러한 물 분자가 엄청 많이 모이면 비로소 우리가 매일 보는 물의 형태가 나타나게 되지."

(그래도 아까 대충 이해는 갔지?)

"원소는 이 세상의 모든 물질을 이루고 있는 것 이야. 이 세상에 있는 모~든 물질들, 엄마나 우리 아들, 또는 우리가 살고 있는 지구도 이 원소라는 것으로 이루어져 있는 거지. 비빔밥을 예로 들면, 비빔밥을 우리가 사는 세계라고 했을 때 비빔밥에 들어가는 재료인 밥, 계란프라이, 고기, 각종 나물, 고추장은 원소라고 할 수 있지."

밥 + 계란후라이 + 각종 나물 + 고추장 + 다른 재료 = 비빔밥

원소1 + 원소2 + 원소3 + ··· + 원소118* = 우리가 사는 세계

* 현재 알려진 원소는 118가지이다.

"앗, 이제 난 가봐야 할 것 같아. 안녕! 즐거웠어!" "아... 잘가... 안녕!" 원자핵이 자신은 가봐야 할 것 같다고 하자, 호영이는 자신에게 아름다운 불꽃을 보여준 원자핵을 보내줘야 한다는 생각에 아쉬움을 숨기지 못했어요. 곧 빛이 뿜어져 나와 호영이는 눈을 감게 되었고, 다시 눈을 떴을 땐 호영이가 마루에 누워 있었어요.

호영이는 오늘 자신의 궁금증을 해결했고, 또 아름다운 여러 가지 색깔의 불꽃까지 봤었어요. 호영이에게 오늘은 여러모로 기분 좋은 날이었겠네요!

그래서 엄마에게 물어보았지요.

"엄마, 이 사과를 계속 반으로 나눌 수 있을까요?"

그 말을 들은 엄마는 이렇게 대답했지요.

그렇게 엄마가 떠나고 나서, 호영이는 혼자서 열심히 놀았어요. 그러나 혼자서 노는 것도 한계가 있었는지, 호영이는 결국 심심해서 거실에 그냥 누워있게 되었어요.

그렇게 심심해하던 호영이 앞에 이상한 모습을 한 어떤 친구가 나타났어요! "안녕! 나는 원자핵이라고 해. 나를 따라와 볼래? 내가 원소에 대해서 자세히 알려줄게." 원소에 대해서 알려준다는 말에 호영이는 그 친구를 바로 따라갔지요.

"음, 일단 답변부터 하자면, 원소라는 것보다 작게는 나눠지지 않아."

"원소라는 것보다 더 작게 나눠버리면 그것은 이제 더 이상 물질이 아닐지도 모르거든."

그 말을 듣고 호영이는 더욱 궁금해졌지요.

"왜요? 하지만 계속 나눈다면 어어어어어어어어어엄청 작은 크기의 사과 조각으로 존재할 수 있지 않나요?"

준비물: 불꽃반응 실험 키트 실험과정: 1. 은박접시 위에 솜을 올려놓는다. 2. 솜 위에 결정 형태의 원소들을 올려놓는다. (각 물질마다 다른 스푼으로 1~2 작은 스푼) 3. 솜 위에 알코올을 뿌린다. 4. 불꽃반응을 지켜본다.

"음, 그건 살짝 복잡할 수도 있는데, 아마 너가 생각한 거랑은 많이 다를 수도 있어. 잘 따라올 수 있지?"

"엄마가 사과를 먹기 좋은 크기로 자르는 걸 보고 이 사과를 계속 반으로 나누면 어떻게 될까 궁금해졌거든요. 아마 사과가 엄청 작아지겠죠?"

호영이는 너무 궁금해서 빨리 엄마가 알려줬으면 좋겠다고 생각했지요.

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