중2 과학/원소/4원소설/원소기호/불꽃반응/스펙트럼

우리 주변의 수많은 물질은 무엇으로 이루어져 있을까? 옛날부터 사람들은 물질이 몇 가지 기본 성분으로 이루어져 있다고 생각하였다.

고대 그리스의 아리스토텔레스는 물질이 불, 공기, 물, 흙으로 이루어지며, 이들은 서로 바뀔 수 있다는 4원소설을 주장하였다. 4원소설은 철학적인 생각을 바탕으로 한 것으로, 많은 사람들은 오랫동안 아리스토텔레스의 생각을 옳다고 믿었다.

그 후 17세기 영국의 과학자 보일은 원소가 무엇인지 실험을 통해 확인해야 한다고 하였으며, 더 이상 분해되지 않는 단순한 물질을 원소라고 하였다. 또한, 18세기 프랑스의 과학자 라부아지에는 물을 분해하여 물이 원소가 아님을 확인하였고, 당시까지 알려진 사실을 종합하여 여러 가지 원소를 제시하였다.

물을 분해하면 수소와 산소로 나누어진다. 그러나 물이 분해되어 나온 수소와 산소는 더 이상 다른 물질로 분해되지 않는다. 이처럼 다른 물질로 분해되지 않으면서 물질을 이루는 기본 성분을 원소라고 한다.

지금까지 알려진 원소의 종류는 110여 가지이다. 이중에는 금, 은, 구리 등과 같이 오래전부터 사용된 것도 있지만, 대부분의 원소는 지난 200여 년 동안 발견된 것이다. 우리 생활에서 기호를 사용하면 복잡한 것을 간단하게 나타낼 수 있고, 사용하는 언어가 다른 경우에도 의미를 전달할 수 있다. 마찬가지로 다양한 원소도 기호를 사용하여 나타내면 편리하다.

베르셀리우스(Berzelius, J. J.; 1779~1848)는 라틴 어로 된 원소 이름을 사용하여 다음과 같이 원소를 나타내는 방법을 제안하였다.

❶ 원소 이름의 첫 글자를 알파벳의 대문자로 나타낸다.

❷ 첫 글자가 같을 때는 중간 글자를 택하여 첫 글자 다음에 소문자로 나타낸다.

오늘날 원소를 나타낼 때는 이 방법을 따르고 있는데, 베르셀리우스의 제안 이후 발견된 원소는 대부분 영어 이름의 알파벳으로 나타낸다.

원소 중에는 불꽃에 넣었을 때 독특한 색깔을 나타내는 것이 있다. 몇 가지 원소는 그 원소를 포함한 물질을 겉불꽃에 넣었을 때 특정한 불꽃색을 나타내는데, 이를 불꽃 반응이라고 한다. 염화 나트륨, 질산 나트륨과 같이 종류가 다른 물질이라도 나트륨을 포함하고 있는 물질은 나트륨의 불꽃색이 나타난다. 따라서 불꽃 반응을 이용하면 물질 속에 포함된 원소를 알아낼 수 있다. 불꽃 반응을 이용하여 원소를 구별하는 방법은 불꽃색을 나타내는 몇 가지 원소에만 적용할 수 있다. 또, 리튬과 스트론튬처럼 불꽃색이 비슷한 경우에는 불꽃 반응으로 원소를 구별하기 어렵다. 불꽃색이 잘 나타나지 않거나 비슷한 경우에는 어떤 방법으로 원소를 구별할 수 있을까?

빛을 분광기로 관찰하면 여러 가지 색의 띠를 볼 수 있는데, 이러한 색의 띠를 스펙트럼이라고 한다. 햇빛을 분광기로 관찰하면 연속적인 색의 띠가 나타난다. 이처럼 스펙트럼이 연속적인 색의 띠로 나타나는 것을 연속 스펙트럼이라고 한다. 한편, 염화 나트륨의 불꽃 반응에서 나타나는 불꽃을 분광기로 관찰하면 나트륨 때문에 노란색의 밝은 선이 나타나고 다른 부분은 어둡게 나타난다. 이처럼 스펙트럼이 선 모양으로 나타나는 것을 선 스펙트럼이라고 한다.

 원소의 종류에 따라 스펙트럼에서 선이 나타나는 위치, 색깔, 굵기, 수 등이 다르므로 스펙트럼을 이용하면 원소를 구별할 수 있다.리튬과 스트론튬은 불꽃색이 비슷하지만 선 스펙트럼의 모양이 서로 다르므로 스펙트럼을 이용하여 구별할 수 있다. 또한, 물질 속에 여러 가지 원소가 들어 있는 경우 각 원소의 선 스펙트럼이 모두 나타나므로 원소를 확인할 수 있다.