원소란 무엇일까 — 같은 종류의 원자 묶기

지난 시간에 원자들이 결합해 분자가 되는 모습을 살펴봤습니다. 산소 분자(O₂), 물 분자(H₂O), 이산화탄소 분자(CO₂) 모두 원자가 모여 만든 단위였습니다.

세 분자를 다시 살펴보면 공통점이 보입니다. 산소 분자에는 산소 원자가 둘, 물 분자에도 산소 원자가 하나, 이산화탄소 분자에도 산소 원자가 둘 있습니다. 이렇게 같은 종류의 원자를 한 이름으로 묶어 부르는 이름이 바로 원소입니다.

원소는 같은 종류의 원자를 묶는 이름#

원소는 같은 종류의 원자들을 한 이름으로 묶어 부르는 분류 이름입니다. 원자는 손에 잡힐 만한 알갱이이고, 분자는 그 알갱이가 모인 단위라면, 원소는 "이 알갱이가 어느 종류인가"를 가리키는 이름표에 가깝습니다.

여기서 한 가지 차이를 짚어 둡니다. 원자는 한 개·두 개로 셀 수 있는 알갱이지만, 원소는 분류 이름이라 그렇게 세지 않습니다. "산소 원자 두 개"는 자연스럽지만 "산소 원소 두 개"라는 표현은 어색합니다. 원소는 명패에 가깝다고 기억하면 됩니다.

세 단어가 모두 "산소"라는 같은 말로 쓰일 수 있어 헷갈리기 쉬운 자리입니다. 차원이 다르다는 점만 기억하면 구별이 됩니다.

우리 주변의 원소 — 수소·산소·탄소#

중1 단계에서는 우리 주변에서 쉽게 만나는 세 원소부터 익혀 두면 충분합니다.

수소는 가장 가벼운 원소입니다. 풍선에 수소를 채우면 위로 떠오르는 까닭이 여기에 있습니다. 우주에서 가장 많은 원소이기도 합니다.

산소는 우리가 숨을 쉴 때 들이마시는 기체의 원소입니다. 초등에서는 산소를 "기체"라는 큰 이름으로 만났는데, 중1에서는 같은 산소를 원소라는 더 정밀한 이름으로 다시 다룹니다.

탄소는 연필심 안의 검은 조각을 이루는 원소입니다. 종이에 글씨를 쓸 때 종이 위로 옮겨 가는 것이 바로 탄소입니다. 다이아몬드와 흑연도 모두 탄소로 이루어져 있습니다.

수소·산소·탄소 외에도 질소(N), 철(Fe), 금(Au) 같은 원소들이 일상에서 자주 등장합니다. 각 원소가 어떤 짧은 알파벳 기호로 약속되어 있는지를 이해하면, 자연스럽게 원소의 이름과 기호 체계로 이어집니다.

홑원소 물질과 화합물 — 한 원소냐, 여러 원소냐#

이제 지난 시간에 만난 분자들을 오늘 배운 원소의 관점에서 다시 살펴봅니다. 산소 분자(O₂)와 물 분자(H₂O)를 비교해 보면 한 가지 차이가 보입니다.

산소 분자는 산소 원자 두 개로만 이루어져 있습니다. 두 원자 모두 같은 산소 원소입니다. 반면 물 분자는 수소 원자 둘과 산소 원자 하나가 결합해 있어 두 가지 원소가 함께 있습니다.

이 두 가지를 따로 부르는 이름이 있습니다.

• 홑원소 물질: 한 가지 원소의 원자만으로 이루어진 물질. '홑'은 한 가지·한 겹을 뜻하는 고유어 접두어입니다.
• 화합물: 서로 다른 원소의 원자들이 결합하여 이루어진 물질.

수소 기체(H₂), 산소 기체(O₂), 철(Fe), 금(Au), 다이아몬드(탄소)는 모두 한 가지 원소만으로 이루어진 홑원소 물질입니다. 반면 물(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)는 서로 다른 원소가 결합한 화합물입니다.

홑원소 물질이라고 해서 반드시 원자가 한 개라는 뜻은 아닙니다. 산소 분자처럼 원자 두 개가 결합해 있어도, 두 원자가 모두 같은 원소라면 홑원소 물질입니다. 다이아몬드처럼 탄소 원자 수많은 개가 결합해 있어도 마찬가지입니다.

홑원소 물질과 화합물의 더 세밀한 구별, 화학식을 읽는 규칙은 뒤 시간에서 차례로 다룹니다.

초등 결정 이야기를 원소로 다시 읽기#

초등에서는 소금을 돋보기로 보면 작은 네모 모양이 보인다는 사실을 다뤘습니다. 같은 물질의 알갱이는 서로 같다는 돌턴의 생각이 그 바탕에 있었습니다.

오늘 배운 말로 다시 풀어 보면 이렇게 됩니다. 같은 물질의 알갱이가 같다는 것은, 같은 원소의 원자들로 이루어져 있다는 뜻입니다. 한 가지 원소의 원자들이 같은 규칙으로 가지런히 쌓이면 같은 모양의 결정이 됩니다. 소금이 어디서나 네모 모양이고 얼음이 어디서나 같은 결정 모양을 보이는 까닭이 여기에 있습니다.

초등에서 본 결정의 까닭을 중1에서 비로소 원소라는 이름으로 답할 수 있게 된 것입니다.