분자·원자원·자핵…본적이 있는가?

창의력 쑥쑥 퀴즈 /

가끔 초등학생이나 중학생을 만나 물질을 이루는 기본단위에 대해 물어보곤 한다. 물질의 가장 작은 단위는 무엇인가 라고 물으면 원자라고 답한다. 그러면 사람이나 동물, 식물을 이루는 가장 작은 단위는 무엇인지 물으면 세포라 한다. 거기서 다시 원자와 세포는 어떻게 다르냐 하면 원자는 무생물의 단위이고 세포는 생물의 단위라고 한다. 잠깐 헷갈린다. 그러면 세포 안에는 무엇이 있는가를 물으면 세포막, 세포핵, 미토콘드리아 등이 있다고 한다. 좀 더 아는 학생은 세포핵 안에 염색체가 있고 그 안에 우리가 많이 이야기하는 디엔에이(DNA)가 있다고 한다. 이때 디엔에이는 거대한 분자이고 더 나누면 염기가 있고 염기는 원자로 이루어져 있다고 하면 깜작 놀란다. 과학을 화학 따로 배우고 물리 따로 배우고 생물 따로 배워서 과학개념에 대한 통합적 접근이 어렵다는 이야기일 것이다.

이 세상의 모든 물질은 분자로 이루어져 있다. 물질의 고유성질을 유지하는 가장 작은 기본단위가 분자이다. 이 분자를 더 쪼개면 원자를 얻는다. 원자는 모든 물질을 구성하는 가장 기본적인 요소이다. 책상, 공기, 산, 나무, 사람이 모두 원자로 이루어져 있다. 90개의 자연적인 원자가 있고 실험실에서 과학자가 인공으로 만든 것이 25가지 이상이 있다. 원자나 분자를 눈으로 볼 수 있을까? 눈으로 직접 보기는 어렵다.

첨단과학의 산물로 원자력현미경이나 주사투과현미경으로 원자가 차지하는 공간의 경계가 어디까지 이고 그 크기가 얼마만한지 정도를 말해 줄 수 있다. 원자 안에는 원자핵과 전자가 있다고 말한다. 그런데 원자 속에서 원자핵이나 전자가 어떤 모양으로 있는지 어떻게 알 수 있을까. 수소의 경우 원자핵이 원자의 10만분의 1 정도라고 하니 아주 작은 공간만을 원자핵이 차지하고 원자의 내부공간의 대부분이 비어 있고 아주 일부분에 물질이 몰려 있다는 것이다. 과학자들의 주장을 어떻게 믿을 수 있는가?

문미옥/이화여대 와이즈거점센터(wise.or.kr) 연구교수

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■ 지난주 정답 ■

성냥개비 3개로 우선 바닥에서 정삼각형을 만든다. 그런 다음 각 꼭짓점에 성냥개비를 한 개씩 연결하여 공중에서 만나게 한다(그림1). 우리가 잘 알고 있는 정사면체로 정삼각형이 4개 만들어진다. 그렇다면, 성냥개비 4개로 정삼각형을 4개 만드는 방법은 어떤 함정에서 벗어나야 할까? 성냥개비를 변으로 사용해야 한다는 조건을 내건 문제가 아니라는 것이다.

두 번째 그림처럼 성냥개비의 끝이 사면체의 꼭짓점으로 연결되게 하면 꼭짓점이 만들어 내는 모양으로부터 정삼각형 4개(점선으로 그려진 부분)를 얻을 수 있다. 과학이 만들어 놓은 법칙은 조건이 주어진 경우가 많아 조건을 잘 따져 문제를 풀어야 하지만 고정관념으로 문제에는 없는 조건에 스스로 매여 문제를 풀지 못하는 경우가 있다. 창의적 발상은 매인 것에서 풀려나는 자유로움으로부터 출발한다.