주기율표 모든 원소 맛보기?!
주기율표 모든 원소 맛보기?!
  • 이웃집편집장
  • 승인 2018.01.15 19:04
  • 조회수 4478
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<이웃집과학자>는 이번에 필진을 새로 모집했습니다. 전문가들 뿐만 아니라 비전문가들에게도 문호를 개방했는데요. 과학 자체를 좋아하고 자신이 관심 있는 분야에 대해 글을 작성해 <이웃집과학자> 이웃님들과 공유하고 싶어하는 학생들이 많았기 때문입니다. 다들 실력과 열정을 겸비한 멋진 분들인데요. 이런 점 감안해 학생들의 콘텐츠는 너그럽게 봐주시면 좋을 것 같습니다. -편집자 주

 

최근 페이스북에서 중국인들의 방송 인터뷰 사진이 화제가 된 적이 있는데요. 사진 속 중국인들은 더운 여름날 ‘너무 더워서 내 손으로 족발을 만들어 먹을 수 있을 것 같다’라고 말하거나 유명인의 스캔들에 대해 ‘난 관심 없어. 간장 사러 나온 거야’라고 대답하는 등 재치 있거나 예상하지 못한 답변으로 웃음을 자아냈습니다. 

 

그 중 제가 가장 흥미롭게 본 것은 식품 중금속 검출 관련 인터뷰에서 ‘주기율표에 나오는 원소들을 다 한 번씩 먹어봐야 중국인이라 자처할 수 있다는데요?’라는 자조 섞인 답변이었습니다.

 

중국 식품 안전에 대한 질문에 "주기율표 원소 다 먹어봐야 중국인" 출처: 페이스북/오르비

정말 이 분 말처럼 주기율표에 나오는 원소들을 다 한 번 먹어보려면 어떻게 해야 될까요? 다소 위험한(?) 상상일 수 있는데요. 머릿속에서 생각으로 진행하는 사고실험(思考實驗)이라고 가정하고 같이 한 번 진행해볼까요?

 

1. 식품 속 원소들-기본 구성

 

평소 섭취할 수 있는 음식. 출처: pixabay

식품 속에 기본적으로 포함되어 있는 원소들은 굳이 많은 노력을 하지 않아도 섭취할 수 있습니다. 세상에는 다양한 종류의 음식이 있지만 이들 거의 모두에 기본적으로 들어가는 영양소들은 탄수화물, 단백질, 지방, 무기질, 비타민입니다. 물도 포함되는 경우가 많지만 물(H2O)에 포함되는 원소들인 수소(H)와 산소(O)는 다른 영양소들에도 포함되어 있으므로 잠시 빼놓고 생각해 봅시다.

 

탄수화물, 단백질, 지방은 3대 영양소라고 불립니다. 우리 몸에 필요한 에너지를 만들고 몸을 구성하는(단백질, 지방) 역할을 합니다. 이들 중 탄수화물과 지방은 탄소, 수소, 산소로 이루어져 있으며 단백질은 단백질을 이루고 있는 아미노산의 구조로 인해 질소, 가끔은 황이 추가로 포함되어 있습니다.

 

무기질은 미네랄이라고도 불리는 적은 양으로도 생명을 유지해 주는 영양소입니다. 신체 내부의 평형과 형성, 호르몬과 신경 전달물질을 만드는 데 사용되며, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 아연, 크로뮴, 셀레늄, 몰리브데넘, 철, 아이오딘, 구리, 망가니즈, 황, 염소, 플루오린, 그리고 코발트가 이에 속한다고 합니다.

 

비타민은 신체에서 필요한 만큼 합성되지 않거나 아예 만들어지지 않지만 신체 기능을 조절하는 데 있어 반드시 필요한 물질들입니다. 비타민들은 종류가 매우 많지만 구조식을 살펴보면 대부분이 탄소, 수소, 산소, 질소, 황 등으로 이루어져 있습니다.

 

*지금까지 등장한 원소들: 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 아연, 크로뮴, 셀레늄, 몰리브데넘, 철, 아이오딘, 구리, 망가니즈, 황, 염소, 플루오린, 코발트

 

2. 식품 속 원소들-중금속 검출?

 

오염된 음식? 출처: pixabay

우리 몸에 해를 끼치지 않는 원소만 음식에 포함되어 있으면 좋겠죠. 그런데 실제로 음식에서 중금속이 검출되는 사고가 일어나는 경우도 많습니다. 이 글의 소재가 되어 주신 분의 의도에 맞게 중금속이 검출된 음식을 섭취하면서 주기율표의 모든 원소들을 먹어보도록 합시다.

 

일단 인터넷에 검색을 해 보니 2016년 모 회사의 얼음정수기에서 얼음을 만드는 핵심 부품이 벗겨지면서 니켈 조각이 얼음을 모아두는 곳에 떨어졌다고 하네요. 이 사건 이후로 정수기 해당 부품을 교체해서 지금은 이 방법을 통해 니켈을 섭취하긴 어렵겠습니다(이래서 시간 여행 능력이 필요한 것입니다).

 

또한 시중에 유통되고 있는 아마씨에서도 0.246~0.560mg/kg의 카드뮴이 검출되었는데요. 아마씨에는 중금속 검출 기준이 없어 다른 곡물들보다 더 많은 양이 검출되었음에도 불구하고 제재하기 어려울 것 같습니다(출처 : http://health.chosun.com/site/data/html_dir/2017/03/09/2017030901026.html).

 

최근에는 일부 톳환, 다시마환에서도 비소와 카드뮴이 기준치 이상으로 검출되었다고 하네요. 아직까지는 이를 관리할 수 있는 정확한 기준치(이번에 활용한 기준치는 한약의 기준치라고 합니다)가 없기 때문에 관리가 불가능하다고 합니다. 이번에도 쉽게 비소와 카드뮴을 섭취할 수 있을 것 같습니다(출처 : http://www.asiae.co.kr/news/view.htm?idxno=2017090511002359066).

 

일간 USA 투데이에 따르면 미국 내에서 유통되는 유아용 식품의 20%에서 납 성분이 검출되었다고 합니다. 과일쥬스, 채소류, 쿠키류 등에서 많이 검출되었다고 하는데요. 납 성분은 미량으로도 유아의 성장 발달에 큰 문제를 야기할 수 있다고 합니다. 그렇지만 우리의 목적은 성장 발달이 아닌 원소 먹어보기이므로 이 정보를 효과적으로 활용해 보도록 합시다(출처 : http://www.koreadaily.com/news/read.asp?art_id=5352185).

 

먼 과거로 돌아가 보면, 1956년 일본의 미나마타 현에서 메틸기와 수은이 결합된 양이온인 메틸 수은을 근처 공장에서 바다로 방류하여 물고기들이 오염되고, 그 오염된 물고기들을 지역 주민들이 먹어서 수많은 사람들이 신경 계통의 손상으로 고통받은 사건이 있었습니다. 이 사건은 일본을 포함한 세계 여러 나라에 중금속 중독과 무단 방류의 위험성을 경고한 사건이 되었습니다. 1956년 일본으로 돌아간다면 수은도 섭취할 수 있을 것 같네요.

 

*지금까지 등장한 원소들: 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 아연, 크로뮴, 셀레늄, 몰리브데넘, 철, 아이오딘, 구리, 망가니즈, 황, 염소, 플루오린, 코발트, 니켈, 카드뮴, 비소, 납, 수은

 

3. 공기 중에 포함된 원소들-공기를 먹을 수도 있지요

 

우리 주변을 둘러싸고 있는 대기에도 역시 다양한 종류의 원소들이 포함되어 있습니다. 공기도 먹을 수 있는 것이니 공기 중에 포함된 원소도 이번 논의에서 언급하겠습니다. 공기의 구성성분은 아래 사진과 같습니다.

 

출처: Brockert

사진을 보면 공기의 대부분은 질소로 이루어져 있습니다. 그 외 산소와 이산화탄소, 아르곤, 네온, 헬륨, 수소, 크립톤, 메탄으로 이루어져 있다고 하네요. 그 이외의 성분들도 있겠지만 매우 적은 양만 포함되어 있어서 공기를 먹는다고 해도 섭취할 확률이 매우 적기 때문에 이번 논의에서는 무시해도 좋을 것 같습니다.

 

그 외에도 공기 중에 포함된 미세먼지에는 2012년 부산광역시에서 조사한 바에 따르면 Cl, NO3-, SO42-, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+ 등의 이온들과 비소, 베릴륨, 크로뮴, 코발트, 카드뮴, 구리, 철, 몰리브데넘, 망가니즈, 납, 셀레늄, 스트론튬, 타이타늄, 바나듐, 아연 등의 금속 원소들이 포함되어 있다고 합니다.

 

미세먼지에도 수 많은 '원소'들이 있습니다. 출처: pixabay

*지금까지 등장한 원소들: 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 아연, 크로뮴, 셀레늄, 몰리브데넘, 철, 아이오딘, 구리, 망가니즈, 황, 염소, 플루오린, 코발트, 니켈, 카드뮴, 비소, 납, 수은, 베릴륨, 코발트, 스트론튬, 타이타늄, 바나듐

 

4. 피폭된 재배 작물-방사성 원소 섭취

 

방사성 원소들의 공간 '원전' 출처: pixabay

지금까지 논의하지 않았던 방사성 원소들에 대해 알아보도록 합시다. 방사성 원소들을 섭취하는 가장 빠른 방법은 피폭된 음식을 먹는 것입니다. 피폭된 음식을 섭취하려면 대형 원전사고가 일어난 지역 근처에서 생산된 식품으로 요리를 해 먹는 것이 좋겠죠(?). 원전에서는 우라늄 235를 주 원료로 사용하기 때문에 우라늄이 핵분열을 통해 붕괴하면서 등장하는 원소들은 피폭된 식물이나 동물들에 포함되어 있을 가능성이 높습니다.

 

원전 시설에서 발생하는 핵종들은 방사성 물질 관련 매뉴얼을 참고하면 100종이 넘는다고 하는데요. 일단 액체 상태로 배출될 수 있는 핵종들은 스트론튬, 이트륨, 지르코늄, 나이오븀, 몰리브데넘, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 은, 안티모니, 텔루륨, 아이오딘, 세슘, 나트륨, 인, 크로뮴, 망가니즈, 철, 코발트, 나켈, 텅스텐, 넵투늄, 아르곤, 크립톤, 제논과 그 동위 원소들이라고 합니다. 또한 삼중수소와 탄소-14도 포함되어 있다고 하네요. 기체 상태, 혹은 에어로졸 상태로 방출될 수 있는 핵종들은 아르곤, 크립톤, 제논, 크로뮴, 망가니즈, 코발트, 철, 스트론튬, 지르코늄, 나이오븀, 루테늄, 안티모니, 세슘, 바륨, 세륨과 그 동위원소라고 합니다. 삼중수소와 탄소-14도 포함해서요.

 

피폭된 생물들, 혹은 식재료들을 찾기 위해 대형 원전사고가 일어난 지역들과 그 경과에 대해 알아봅시다.

 

먼저 가장 최근에 일어났고, 그래서 가장 유명한 일본의 후쿠시마 원전에서 일어난 사고에 대해 알아봅시다. 후쿠시마 제 1원자력 발전소 사고는 2011년 3월 11일 동일본에서 일어난 지진으로 인해 해일이 발생하면서 후쿠시마 제1원자력 발전소 1~4호기에서 방사능이 누출된 사고입니다. 국제 원자력 사고 등급에서 최상위 등급인 7단계(Major accident)를 기록할 정도로 심각한 사고였는데요. 

 

지진과 해일이 원전 내부의 전력 시설을 파괴시키면서 원자로를 냉각시키는 냉각수 펌프를 가동시키지 못해 원자로가 손상됐다고 합니다. 원자로 안의 너무 뜨거운 물질이 외부로 누출된 거죠. 주변에 살고 있던 수많은 생물들이 방사능에 피폭됐습니다. 동일본에서는 생산된 농수산물을 기피하는 현상도 생겼습니다.

 

체르노빌 원자력 발전소 사고도 있었죠? 1986년 4월 26일 1시 24분에 체르노빌 원자력 발전소에서 전기가 끊겼을 때 발전소가 얼마나 더 많은 전기를 생산할 수 있는지에 대해 알아보기 위한 실험을 진행하는 과정에서 일어났습니다. 이 사고는 실험 진행 중 안전 시스템을 해제한 것은 물론, 원전 자체의 설계 결함과 원전을 조작하던 사람의 실수로 인해 지금까지도 그 여파가 남아 있는 큰 사고로 남게 되었습니다. 이후, 체르노빌 근처에는 더 이상 사람이 살지 못하게 되었으며, 그 지역에 남아있던 야생동물들은 기형, 조기 노화 등의 문제를 안고 살아간다고 합니다. 사고 이후 대피한 과거 체르노빌 주민들 역시 갑상선암 등의 발병률이 높았다고 하네요.

 

체르노빌 원전 사고 . 출처: pixabay

*지금까지 등장한 원소들: 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 아연, 크로뮴, 셀레늄, 몰리브데넘, 철, 아이오딘, 구리, 망가니즈, 황, 염소, 플루오린, 코발트, 니켈, 카드뮴, 비소, 납, 수은, 베릴륨, 코발트, 스트론튬, 타이타늄, 바나듐, 이트륨, 지르코늄, 나이오븀, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 은, 안티모니, 텔루륨, 세슘, 텅스텐, 넵투늄, 아르곤, 크립톤, 제논, 바륨

 

5. 입자가속기 방문-인공 원소들 섭취

 

이렇게 여러 지역을 돌아다녔는데도 아직 인공적으로 만들어진 초우라늄 원소들은 섭취하지 못했군요. 자연계에서 발견되지 않는 우라늄보다 무거운 원소들을 초우라늄 원소라고 합니다. 그래서 자연계에는 없는 무거운 원소들을 인공적으로 만들어내는 연구장소인 입자가속기를 방문하기로 했습니다. 입자가속기란 물질의 미세 구조에 대해 알아보기 위해 원자핵 등의 기본 입자들을 전기장을 통해 가속시켜 다른 입자들에 충돌시키는 장치입니다. 

 

특히 인공적으로 희귀하거나 자연 상태에서 발견되지 않는 원소들을 만드는 경우에는 양성자나 중이온을 가속시켜 신물질이나 새로운 원소를 만들어내고 원소의 기원을 탐구하는 양이온, 중이온 가속기를 사용한다고 하네요. 이런 가속기들을 이용해서 과학자들은 여러 초우라늄 원소들을 만들어 냈다고 합니다.

 

입자가속기를 방문해 봅시다! 출처: pixabay

그럼 인공 원소들을 섭취하기 위해 각 인공원소들이 처음 만들어진 지역과 인공 원소들을 만들어낸 과학자들을 찾아가보도록 합시다. 최초로 만들어진 초우라늄 원소는 원자 번호 93번인 넵투늄이라고 합니다. 이 원소는 1940년 맥밀란과 아벨슨에 의해 만들어졌다고 하네요. 그 이후, 또 다른 과학자 시보그는 94번 플루토늄, 95번 아메리슘, 96번 퀴륨을 만들어냈습니다. 캘리포니아의 버클리 연구소에서는 97번 버클륨, 98번 캘리포늄을 만들어냈고요(원소들의 이름은 연구소 이름으로부터 따왔다고 합니다!). 

 

이후 1952년 남태평양에서 수소폭탄 실험을 하면서 99번 아인슈타이늄과 100번 페르뮴이 발견되었습니다. 1950년대 후반에는 캘리포니아 버클리 연구소에서 101번 멘델레븀을, 미국에서 102번 노벨륨을 만들어냈습니다. 캘리포니아 버클리 연구소에서는 그 이후에도 새로운 초우라늄 원소들을 만들어냈는데요. 1961년 어니스트 로렌스가 만들어낸 103번 로렌슘과 1969년 만들어낸 104번 러더포듐이 그 예시입니다.

 

105번 더브늄은 미국과 러시아의 더브나 연구소에서 각각 만들어졌습니다. 결국에는 러시아에서 제안한 이름인 더브늄이 공식적으로 채택되었고요. 106번 시보귬 역시 미국과 러시아에서 동시에 발견되었는데요, 여러 원소들을 발견한 시보그로부터 이름을 따 왔습니다. 더브나 연구소에서는 그 이후 107번 보륨을 발견해냈습니다.

 

그 이후, 독일 중이온과학연구소에서는 108번 하슘, 109번 마이트너륨, 110번 다름슈타튬, 111번 뢴트게늄, 112번 코페르니슘이 만들어졌다고 합니다. 이후 113번부터 118번 원소까지에도 각각 공식 명칭이 붙여지면서 발견된 것으로 인정받게 되었습니다.

 

이러한 인공 원소들은 수명이 매우 짧고 방사선을 방출하기 때문에 최대한 빨리 섭취해야 합니다. 안 그러면 이들의 핵이 붕괴해서 다른 원소들이 돼 버릴 수 있으니까요.

 

*지금까지 등장한 원소들:  탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 아연, 크로뮴, 셀레늄, 몰리브데넘, 철, 아이오딘, 구리, 망가니즈, 황, 염소, 플루오린, 코발트, 니켈, 카드뮴, 비소, 납, 수은, 베릴륨, 코발트, 스트론튬, 타이타늄, 바나듐, 이트륨, 지르코늄, 나이오븀, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 은, 안티모니, 텔루륨, 세슘, 텅스텐, 넵투늄, 아르곤, 크립톤, 제논, 바륨, 넵투늄, 플루토늄, 아메리슘, 퀴륨, 버클륨, 캘리포늄, 아인슈타이늄, 페르뮴, 멘델레븀, 노벨륨, 로렌슘, 러더포듐, 더브늄, 시보귬, 보륨, 하슘, 마이트너륨, 다름슈타튬, 뢴트게늄, 코페르니슘,  니호늄, 플레로븀, 우눈펜튬, 리버모륨, 테네신, 오가네손

 

6. 초신성 여행

 

초신성의 잔해?! 게 성운.출처: pixabay

지금까지 여러 지역을 돌아다녔는데도 아직 원소들을 다 먹어보진 못한 것 같습니다. 그렇다면 최후의 수단을 써야겠죠. 바로 수소와 헬륨을 뺀 이 세상 대부분의 원소들 고향인 초신성을 방문하는 것입니다. 우주 탄생 초기에는 많은 양의 수소와 적은 양의 헬륨 뿐이었지만 별이 생성되고 그 안에서 핵융합이 일어나면서 철 이하의 원자량을 가진 원소들이 만들어졌습니다.

 

그 이후, 무거운 별들 중 일부가 초신성 폭발을 일으키면서 철보다 큰 원자량을 가진 원소들이 형성되었고, 우주에는 지금처럼 다양한 원소들이 존재하게 되었습니다. 그래서 만약 초신성 어느 한 곳에 갈 수 있다면 자연계에 존재하는 대부분 원소들을 먹어보는 건 몰라도 만나 볼 수는 있을 것 같습니다. 언제 도착할지는 모르겠지만요.

 

7. 결론-이상한 건 따라하지 맙시다

 

설마... 따라하시는 분은 없겠죠??? 출처: pixabay

지금까지 등장했던 방법들의 대부분은 기본적인 식품 섭취와 공기를 먹는 것 빼고는 건강에 좋지 않은 건 자명합니다. 신체적 장애와 사망을 야기할 수도 있죠. 위험해 보이는 일들은 따라하지 말자고요. 저는 제 글을 읽는 분들이 건강하게 오래 살기를 바라니까요!

 

<외부 필진 콘텐츠는 이웃집과학자 공식 입장과 다를 수 있습니다>

 

대전동신과학고등학고 2학년 강지희(rkdwlgml0306@naver.com)

이웃집 필진

 

 

 



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