- 전이금속은 4~7주기의 세번째 세로줄(3족)에서 열두번째 세로줄(12족)까지 분포. 이 원소들은 전자가 d오비탈에도 들어가기 시작하는데, d오비탈은 모두 5개가 존재하므로 전체 d오비탈에 들어갈 수 있는 전자의 수는 10개임. 이전의 원소들이 보여준 행동으로 미루어 볼 때, 전이금속 원소에서는 추가된 d오비탈 전자가 맨 바깥쪽 전자껍질의 일부가 되어 반응에 참여할 것이라고 생각하기 쉬움. 그러나 전이금속 원소는 추가되는 d오비탈 전자를 다른 전자껍질 아래쪽에 꼭꼭 숨겨놓는 경향이 있음. 일반적 관행에 어긋나는 이런 행동은 눈에 거슬릴 뿐만 아니라 직관에 반하는 것으로, 플라톤이라면 결코 좋아하지 않을 행동이다. 그렇지만 어쩌겠는가? 이것이 자연의 작용방식인 것을... 정상적으로는 주기율표에서 수평방향으로 옮겨가면 전이금속 원소의 전자수가 하나씩 늘어나므로 원소의 행동도 변해야 한다. 적어도 주기율표의 다른 부분에 있는 원소의 행동도 변해야 한다. 적어도 주기율표의 다른 부분에 있는 원소들은 그렇다. 그러나 전이금속은 d오비탈 전자를 이중바닥의 서랍속에 감추기 때문에, 추가되는 전자들은 겉으로 그 존재를 드러내지 않는다. 전이금속 원소와 반응하려는 다른 원소는 이 전자들을 만날 기회가 없으며, 그 결과 같은 주기에 속한 전이금속 원소들은 맨 바깥쪽 전자껍질에 존재하는 전자의 수가 모두 같음. 그래서 이 원소들은 모두 화학적으로 똑같은 행동을 보임. 많은 금속이 구별할 수 없을 정도로 비슷하게 생겼고 성질도 비슷한 것은 이 때문. 이 금속들은 모두 차갑고 단단한 회색 덩어리의 형태를 띠는데, 맨 바깥쪽 전자껍질에 있는 전자들 때문에 다른 선택의 여지가 없음.
- 염소는 주기율표에서 브롬 바로 위에 있고, 사람이 숨을 통해 들이마시면 브롬보다 훨씬 큰 고통을 겪음. 염소는 전자 하나를 더 빼앗아 오기 위해 다른 원소를 공격하는 성향도 훨씬 강함. 게다가 염소원자는 더 작기 때문에 우리 몸의 세포를 훨씬 효과적으로 공격할수 있음. 염소는 피부를 노란색, 초록색, 검은색으로 변색시키고, 눈에 심한 염증을 일으킴. 염소 가스 공격을 받은 사람은 폐에 액체가 차 익사하게 됨. 브롬가스가 점막을 공격하는 보병부대라면, 염소가스는 우리 몸의 방어벽을 허물고 폐와 그 밖의 기관을 손상시키는 전차부대라 할 수 있음.
- 몰리브덴은 녹는점이 2617도로, 강철의 주성분인 철보다 1000도 이상 높기 때문에 높은 열에도 잘 견딤. 또 몰리브덴 원자는 철 원자보다 더 커서 훨씬 느리게 들뜬 상태에 이르며, 전자도 60%나 더 많이 갖고 있어 열을 더 많이 흡수하고 서로 더 단단하게 결합가능. 게다가 고체 속의 원자들은 온도가 변하면 종종 자연발생적으로 재배열이 일어나는데, 부서지기 쉬운 금속에서 이런일이 일어나면 금이 가거나 부서지게됨. 강철에 몰리브덴을 첨가하면 철 원자들을 꽉 붙들어 미끄러져 돌아다니는 것을 막아줌. 이는 14세기 일본의 검을 만드는 장인이 발견했으나, 그가 죽자 비법도 사라짐
- 텅스텐은 가장 단단한 금속 중 하나로, 강철에 첨가하면 아주 강한 드릴이나 톱을 만들 수 있음. 게다가 탄두에 텅스텐을 씌운 소형 미사일은 전차를 파괴할 수 있음. 강철에 첨가하는 물질로 다른 금속보다 텅스텐이 우수한 이유는 주기율표를 보면 알 수 있다. 몰리브덴 바로 아래에 있는 텅스텐은 몰리브덴과 성질이 비슷. 그렇지만 전자가 더 많기 때문에 녹는점이 3422도로 훨씬 높음. 또 워자도 몰리브덴보다 더 무겁기 때문에 텅스텐은 철 원자들이 미끄러져 돌아다니는 걸 방지하는 능력이 더 뛰어남. 가스공격의 경우에는 염소의 민첩성이 뛰어난 효율을 발휘했지만 금속의 경우에는 텅스텐의 고형성과 단단함이 강점으로 작용.
- 원자가 전자를 잃거나 새로 얻는다는 사실을 잘 알려져 있었지만, 마리 퀴리와 어니스트 러더퍼드 같은 과학자들은 일부 원소들은 파편을 방출하면서 원자핵 자체가 변할 수 있다는 사실을 알아냈음. 특히 러더퍼드는 원자핵에서 나오는 이 파편을 몇 종류로 분류했고, 그리스 문자를 따서 각각 알파붕괴, 베타붕괴, 감마붕괴라 이름 붙임. 감마붕괴는 가장 간단하면서도 가장 위험한데, 원자핵에서 감마선이 나올 때 일어남. 알파붕괴와 베타붕괴가 일어날 때는 원소의 종류가 변하는데, 1920년대의 과학자들에게는 이해하기 힘든 현상이었음. 각각의 원소마다 나름의 고유한 방식으로 방사성 붕괴가 일어났기 때문에, 알파붕괴과 베타붕괴 속에 숨어 잇는 수수께끼 같은 과정은 과학자들을 혼란에 빠뜨렸으며, 동위원소의 본질도 의문의 대상으로 떠오름. 팩맨 모형이 실패로 돌아가자, 일부 과감한 과학자들은 새로운 동위원소가 계속 확대되는 상황에 대처하려면 주기율표를 폐기하는 수밖에 없다고 주장. 그러다가 1932년 러더퍼드 밑에서 연구하던 제임스 채드윅이 전하에는 아무 변화를 미치지 않고 원자량만 늘리는 중성자를 발견하면서 돌파구가 열림. 이것을 원자번호에 대한 모즐리의 직관과 결합하자, 갑자기 원자에 대한 수수께끼가 모두 풀림. 납-204와 납-206이 원자량이 다르면서도 같은 원소가 될 수 있는 비밀은 바로 중성자에 있었음. 방사능의 본질에 대한 수수께끼 역시 쉽게 풀림. 베타 붕괴는 중성자가 양성자로 변하거나 양성자가 중성자로 변하는 과정으로 설명할 수 있었음. 알파 붕괴(알파입자는 중성자 2개와 양성자 2개로 이루어진 입자로, 헬륨의 원자핵과 같은 것인데, 알파붕괴가 일어날 때는 알파입자가 튀어나옴) 역시 원자핵 차원에서 가장 극적인 변화가 일어나면서 원소를 다른 원소로 변하게 함. 그 다음 몇년 사이에 중성자는 단순히 이론적 도구 이상의 의미를 지니게 되었음. 무엇보다도, 중성자는 원자내부를 조사하는 데 환상적인 방법을 제공했음. 중성자는 전하가 없기 때문에 원자에 대고 발사해도 전하를 띤 입자와는 반발력을 전혀 받지 않았음. 중성자는 또 새로운 종류의 방사성 붕괴를 유도하는 데 도움을 주었음. 원소들(특히 가벼운)은 양성자와 중성자를 1대 1의 비율로 유지하려는 경향이 있음. 중성자 수가 양성자 수에 비해 너무 많으면, 원자핵이 분열하면서 큰 에너지와 함께 여분의 중성자가 튀어나옴. 근처에 있는 다른 원자핵이 이 중성자를 흡수하면, 이번에는 그 원자핵이 불안정해져 핵분열을 일으키며 다시 여분의 중성자를 방출. 이런 과정이 이어지면서 연쇄적으로 핵분열이 일어나기 때문에, 이것을 연쇄반응이라고 함
- 오늘날 과학에서 일어나는 실수는 반드시 나쁜 결과로 이어지니 않음. 경화고무, 테플론, 페니실린은 모두 실수 덕에 발명된 것들. 카밀로 골지는 뇌 조직에 실수로 오스뮴을 쏟음 후에 뉴런의 세부구조를 볼 수 있는 방법인 오스뮴 염색법을 발견. 16세기의 학자이자 초기 화학자인 파라셀수스가 수은과 소금과 황이 우주의 기본원자라고 한 것처럼 완전히 틀린 주장도 금을 만드느라 쓸데 없는 노력을 기울이던 연금술사의 관심을 실질적인 화학분석으로 돌리는 데 기여. 우연한 실수와 명백한 잘못도 과학을 발전시키는 데 나름대로 기여했음.
- 아연은 우리몸에 필수적인 미네랄 성분인데, 땅 속에 카드뮴이 아연과 분리하기 어렵게 섞여 있는 것과 마찬가지로, 우리 몸에서도 카드뮴은 아연을 대체하는 작용을 함. 카드뮴은 또한 황과 칼슘을 체내에서 빠져나가게 하는데, 환자의 뼈가 약해지는 것은 이 때문. 불행하게도 카드뮴은 생물학적 기능이 뛰어나지 않은 원소라거 자신이 쫓아낸 다른 원소들의 생물학적 역할을 대신 수행하지 못함. 더 불행한 사실은 일단 몸 속으로 들어온 카드뮴은 밖으로 나가지 않는다는 점. 하기노 노보루가 처음에 의심한 영양결핍도 증상을 악화시키는 데 한몫을 했음. 현지 주민의 주식은 쌀인데, 쌀은 필수 영양소가 몇가지 부족함. 그래서 농부들의 체내에는 일부 필수 미네랄이 고갈되었음. 카드뮴은 그런 미네랄을 모방하기 때문에, 미네랄이 절실히 필요했던 농부들의 세포들은 카드뮴을 훨씬 많이 빨아들여 신체기관에 카드뮴이 높은 농도로 축적되었음.
- 세균이나 균류, 조류가 구리로 만들어진 물체 위로 지나가면 도중에 구리원자를 흡수하게 되는데, 구리는 그러한 미생물의 대사작용을 혼란시킴. 그 결과 몇 시간 안에 미생물은 질식사함. 미량 동작용(미량의 중금속 같은 물질의 이온작용이 생물의 발육을 방해하거나 죽이는 현상) 또는 미량살균 작용이라 부르는 이 효과 때문에 금속은 나무나 플라스틱보다 살균력이 더 뛰어남. 공공기설의 문 손잡이를 황동으로 만들거나 난간을 금속으로 만드는 것은 이 때문. 많은 사람의 손을 거치는 대부분의 동전이 구리를 약 90% 포함하고 있거나 구리로 도금되어 있는 이유도 이 때문임. 에어컨 시설의 관을 구리로 만들면 그곳에 서식하는 미생물을 없애는 데 도움이 됨
- 꿈틀거리는 작은 세포들에게 구리 못지 않게 치명적 원소는 바나듐. 바나듐은 남성에게 다소 신기한 부작용을 초래하는데, 지금까지 개발된 것중 가장 효과가 탁월한 살정제임. 대부분의 살정제는 정자세포를 둘러싸고 있는 지방질 막을 녹여 속의 내용물이 터져나오게 함. 불행하게도, 모든 세포는 지방질 막을 갖고 있기 때문에, 살정제가 종종 여성의 질 안벽에 염증을 일으켜 효모균 감염에 취약하게 만들 수 있음. 이것은 결코 웃어넘길 문제가 아님. 그런데 바나듐은 그런 용해작용을 전혀 일으키지 않으며, 단지 정자 꼬리에 붙어 있는 크랭크축만 망가뜨림. 꼬리가 떨어져 나가면 정자는 노가 하나뿐인 보트처럼 제자리에서 빙글빙글 돌게 됨. 바나듐이 살정제로 판매되고 있지 않은 이유는 어떤 원소나 약품이 시험관에서 바람직한 효과를 나타내는 것과 사람에게 쓸 수 있는 안전한 의약품을 만드는 것과는 큰 차이가 있기 때문. 바나듐은 효능이 뛰어나지만 아직까지는 인체가 대사하기에는 좀 의심스러운 원소임. 무엇보다도 바나듐은 알 수 없는 방법으로 혈당량을 높이거나 낮추는 효과가 있음. 바나듐을 많이 함유한 후지산의 샘물로 만든 바다듐수가 약한 독성이 있는데도 온라인에서 당뇨병 치료제로 팔리는 이유도 이 때문이다.
- 우리의 심장과 폐와 뇌는 산소를 감지하는 측정계가 없음. 이 기관들은 오직 두가지만 판단한다. 우리가 기체를 들이마시고 있는가 하는 것과 혹시 이산화탄소를 들이마시고 있는 건 아닌가 하는 것. 이산화탄소는 혈액속에서 녹아 탄산을 만든다. 그래서 우리가 숨을 쉴 때마다 이산화탄소를 내보내 탄산의 생성을 막는 한, 뇌는 안전하다고 느낌. 그것은 진화가 만들어낸 안전장치임. 우리에게 정말로 필요한 것은 산소이므로 산소농도를 감시하고 측정하는 게 더 적절할 것 같지만, 세포로서는 탄산농도가 0에 가까운지 아닌지 확인하는 게 훨씬 쉽고 또 대개는 그것만으로 충분하기 때문에 최소한의 노력을 기울이는 길을 선택함. 질소는 그런 시스템의 작동을 방해함. 질소는 냄새도 색깔도 없으며, 혈관속에서 산을 만들지도 않음. 우리는 질소를 쉽게 들이마시고 내보내는데, 폐도 아무런 이상을 느끼지 않으며, 질소는 우리의 어떤 심리적 인계철선도 건드리지 않고 자유롭게 드나듬. 질소는 체내의 보안시스템을 무사통화해 돌아다니면서 우리를 자비롭게 죽인다.
- 산은 전자 및 전하를 띤 그밖의 입자와 잘 결합함. 분자차원에서 볼 때 신맛은 단순히 미뢰가 열리면서 수소이온이 밀려들어올 때 우리가 느끼는 맛이다. 우리의 혀는 대전입자들의 흐름인 전류를 신맛과 혼동. 이탈리아 백작이자 과학자인 알렉산드로 볼타는 1800년경 재미있는 실험을 통해 이것을 보여주었다. 많은 사람들을 한 줄로 늘어세운 뒤, 각자에게 손가락으로 옆에 있는 사람의 혀를 붙잡게 했다. 그리고 맨끝에 있는 두사람은 전지에 연결된 선을 만지게 했다. 그러자 그와 동시에 늘어선 사람들은 옆사람의 손가락에서 신맛을 느꼈다. 짠맛을 느끼는 미뢰 또한 전하의 흐름에서 영향을 받기는 하지만, 특정 원소가 지닌 전하에만 반응. 나트륨은 가장 강한 짠맛 반응을 이끌어내는데, 나트륨의 화학적 사촌이라 할 수 있는 칼륨도 거기에 편승하여 짠맛을 낸다. 두 원소는 자연에서 모두 전하를 띤 이온상태로 존재하며, 혀가 감지하는 것은 대개 나트륨이나 칼륨 자체가 아니라 그 전하임. 우리에게 이런 맛을 느끼는 감각이 발달한 것은 칼륨이온과 나트륨 이온이 신경세포가 신호를 보내고 근육이 수축하는 것을 돕기 때문. 만약 이들 이온이 제공하는 전하가 없다면, 우리는 문자 그대로 뇌와 심장이 멈추고 말 것이다. 우리의 혀는 그 밖에도 약간 짠맛이 나는 마그네슘과 칼슘을 비롯해 생리학적으로 중요한 이온들의 맛을 감지함
- 리튬은 뇌에서 기분을 변화시키는 많은 화학물질에 영향을 미치며, 그 효과는 복잡함. 무엇보다 흥미로운 점은 리튬이 신체의 일주기 리듬, 즉 생체시계를 재설정하는 것처럼 보인다는 사실. 정상적인 사람이라면 주변환경, 그중에서도 특히 햇빛에 기분이 큰 영향을 받으며, 하루 일과를 끝내는 시점도 대개 햇빛에 좌우됨. 보통 사람들은 24시간을 주기로 하루를 살아간다. 그러나 양극성 장애가 있는 사람은 태양과는 아무 상관없는 일주기 리듬으로 살아가며, 지칠줄 모르고 활동한다. 기분이 좋을 때면 신경전달물질이 많이 분비되며, 햇빛이 부족해도 분비가 멈추지 않음. 어떤 사람들은 그런 상태를 병리학적 열정이라고 부름. 그런 사람들은 잠도 별로 자지 않으며, 성령이 자신을 예수그리스도를 담는 그릇으로 선택했다고 믿은 20세기의 한 보스니아 남자만큼 자신감이 과도하게 팽창함. 그러다가 결국 뇌에서 그러한 과부하가 사라지면 기분이 나락으로 떨어짐. 심한 조울증 환자의 경우, 울증이 몰려왔을 때 몇주일이고 꼼짝않고 누워있기도 함. 리튬은 생체시계를 제어하는 단백질을 조절함. 생체시계는 기묘하게도 뇌 깊숙한 곳의 특별한 뉴런들 안에 들어있는 DNA가 작동시킴. 매일 아침 사람들의 DNA에는 특별한 단백질이 들러붙었다가, 일정한 시간이 지나면 분해되면서 떨어져 나감. 그런데 햇빛이 단백질을 계속해서 되돌려 놓기 때문에 단백질은 더 오래 들러붙었다가 단백질은 어둠이 찾아온 뒤에야 완전히 떨어져 나가는데, 이 시점에서 뇌는 DNA가 벌거벗은 것을 눈치해고 자극물질 분비를 멈추어야 함. 그런데 조울증 환자의 경우 햇빛이 없는데도 단백질이 DNA에 단단히 들러 붙은 채 남아 있기 때문에 이 과정에 문제가 생김. 뇌가 달리는 걸 그만 멈추어야 한다는 사실을 인식하지 못하는 것. 리튬은 DNA에서 단백질이 떨어져나가게 도와줌으로써 그 사람을 진정시킴. 낮 동안에는 햇빛이 리튬을 이겨 단백질을 계속 되돌려놓으며, 밤이 되어 햇빛이 사라진 뒤에야 리튬이 DNA의 해방을 돕는다는 사실에 주목할 필요가 있음. 따라서 리튬은 햇빛의 작용을 하는 게 아니라, 햇빛과 반대되는 작용을 함. 리튬은 신경학적으로 햇빛을 없애고 그럼으로써 생체시계를 24시간 주기로 되돌림. 이런 작용을 통해 조증이 상승하거나 울증이 심해지는 것을 막음
- 셀렌은 모든 동물에게 필수 미량원소이긴 하지만 (사람의 경우, 에이즈 환자의 혈액에서 셀렌이 고갈되면 죽음이 임박했다는 신호), 많이 섭취하면 독성이 있음. 축산업자들은 이 사실을 잘 안다. 감시를 소홀히 하면 가축이 초원에서 자라는 로코초라는 콩과 식물을 뜯어먹는 경우가 있는데, 로코초는 흙속에서 셀렌을 잘 흡수하는 성질이 있음. 로코초를 먹은 가축은 비틀거리다가 쓰러지며 열과 종기, 식욕부진 등의 증상이 나타남. 그렇지만 가축은 황홀한 행복감을 경험함. 셀렌이 가축을 미치게 만들었다는 것을 확실하게 보여주는 징조는 가축이 그 무서운 작용에도 불구하고 로코초에 중독되어 다른 것은 일절 먹으려고 하지 않는다는 점. 그것은 동물의 알콜 중독에 해당함. 상상력이 풍부한 일부 역사학자는 커스터 장군이 리틀빅혼 전투에서 패한 것도 전투이전에 말들이 로코초를 많이 먹어기 때문이라고 주장. 이런 것을 감안할 때 셀렌이란 이름이 그리스어로 달을 뜻하는 셀레네에서 유래한 것은 적절해 보임. 이 단어는 라틴어로 달을 뜻하는 루나를 거쳐 미치광이라는 의미의 루너틱, 정신이상 또는 미친 짓이란 뜻의 루너시라는 영단어를 낳음
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