물질을 쪼개고 쪼개어 보니

   물 한컵이 여러분 눈 앞에 있다고 해 보세요. 한 컵의 물은 하나의 덩어리로 보이지요. 그런데 물 한 컵을 반으로 나눌 수 있지요. 그래도 물이 가지고 있는 성질을 그대로 가지고 있으니 아직도 물이지요. 이 물을 다시 반으로 나누어도 계속 물의 특징을 가지고 있지요. 이렇게 반으로 나누기를 계속한다면 무슨 일이 일어날까요?
 과학자들에 의하면 반으로 나누기를 엄청나게 많이 하면 물 분자라는 것을 만나게 된다고 합니다. 이 물 분자를 쪼개면 더 이상 물과는 무관한 것이 된다고 합니다. 그러니까 물 분자가 물의 특징을 가진 제일 작은 단위인 거지요. 분자에 대해서는 [물질의 구조]편에서 자세히 다룰 것입니다.


 

  설탕도 마찬가지라고 합니다. 각설탕 하나를 반으로 쪼개고 그것을 또 반으로 조개고 하는 일을 엄청나게 많이 하다 보면 설탕 분자라는 것을 만나게 되는데 이것이 설탕의 특징을 갖는 제일 작은 단위라고 합니다. 
 물이나 설탕과 같은 물질이 물 분자 또는 설탕 분자들이 엄청나게 많이 모여 있는 것이라는데 도대체 이 분자들의 크기는 얼마만한 걸까요? 이것은 물 한 컵에 몇 개 정도의 물 분자가 들어 있는지 알아보면 짐작할 수 있겠지요. 놀라지 마세요. 
 물 한 방울엔 물 분자가 무려 100,000,000,000,000,000,000 개 정도 있습니다. 더군다나 물을 이루는 물 분자와 물 분자 사이에 빈 공간까지 있다니 물 분자 하나가 얼마나 작은지는 상상을 초월하지요?

 

 나중에 알아보겠지만 설탕 분자는 물 분자보다 훨씬 크답니다. 그럼에도 불구하고 작은 수저 하나 분량의 설탕에는 대략 4,000,000,000,000,000,000,000 개의 설탕 분자가 들어 있어요.

 

 

 

 그런데 이 조그마한 물 분자를 쪼개어 보니 3개의 작은 입자로 또 쪼개어 볼 수 있지 뭐에요. 그 중 2개는 모든 면에서 똑 같은 입자이고 1개는 다른 두 개의 입자와 성질이 달랐습니다. 과학자들은 이 입자들을 원자라고 이름지었습니다. 그리고 이러한 입자들을 발견한 후 각각의 종류의 입자에 이름을 붙였습니다. 물 분자를 이루는 2개의 같은 종류의 원자를 수소 원자, 다른 하나의 원자를 산소 원자라고 이름을 붙였습니다. 원자들은 아래처럼 대개 공으로 나타냅니다.

 

 

 설탕 분자도 마찬가지로 더 쪼개어 보았더니 - 당연히 설탕의 성질은 잃어버렸지요. - 총 45개의 원자가 있었습니다. 물 분자에 들어 있던 수소 원자(22개), 산소 원자(11개)와 함께 새로운 원자도 있었는데 탄소 원자(12개)라고 부릅니다.

 


 원자나 분자들은 너무 작아 빛의 도움으로 보는 광학 현미경으로는 원자를 볼 수 없습니다. 그래서 오랫동안 여러 실험 결과를 바탕으로 원자가 있을 것이라고 추측만 할 수 있을 뿐이었습니다. 최근에 이르러 scanning tunneling microscope 이라는 첨단 기기의 도움으로 원자의 존재를 직접 확인하기에 이르렀습니다. 아래의 그림은 연필심을 이루는 탄소 원자들을 보여주는 사진입니다.

 

 

 

 위의 그림들에서 표시한 아래의 기호는 원자나 분자를 볼 수 있게 해주는 기기를 의미합니다.