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연구노트
모두 344개의 글우리가 마시는 공기의 약 78%는 질소다. 산소보다 훨씬 많지만 숨을 쉴 때 질소를 사용한다는 느낌은 거의 없다. 대기 중 질소 대부분은 반응성이 낮은 질소분자(N₂)로 존재하기 때문이다.그런데 질소는 생명에 없어서는 안 된다. DNA와 단백질, 엽록소를 만드는 데 필요하고 농작물의 성장도 좌우한다. 공기에는 넘치지만 생명체가 바로 사용하기는 어려운 풍부하면서도 부족한 원소다.질소의 이야기는 안정한 N₂를 어떻게 깨뜨려 생명이 쓸 수 있는 형태로 바꾸는가에 집중된다. 자연에서는 미생물과 번개가, 산업에서는 거대한 화학공장이 이 일을 맡는다. 질소분자는 왜 반응하기 어려울까?질소 원자는 가장 바깥쪽 전자 다섯 개를 가지고 있다. 질소 원자 두 개가 만나면 전자 세 쌍을 공유하는 삼중결합을 만들 수 있다..
연필심과 다이아몬드는 겉모습도 가격도 전혀 다르다. 하지만 두 물질은 모두 탄소 원자로 이루어져 있다. 같은 원소가 검고 부드러운 흑연도 되고 투명하고 단단한 다이아몬드도 되는 것이다.탄소(C)는 생명체의 단백질·지방·DNA를 만들고, 석유와 석탄의 에너지를 저장하며, 그래핀과 탄소섬유 같은 첨단소재의 뼈대가 된다. 이 넓은 역할의 출발점은 네 방향으로 결합할 수 있는 능력이다.탄소는 유용한 만큼 논쟁적인 원소이기도 하다. 생명과 산업을 가능하게 했지만, 이산화탄소(CO₂)가 대기에 축적되면 기후변화를 일으킨다. 탄소 자체보다 어떤 구조로 결합하고 어디에 존재하는지가 중요하다. 탄소는 왜 복잡한 분자를 만들 수 있을까?탄소는 가장 바깥쪽에 전자 네 개를 가지고 있다. 안정한 전자 구조를 만들려면 네 개..
붕소는 철이나 구리처럼 눈에 잘 띄는 금속도 아니고, 산소처럼 이름만 들어도 역할이 떠오르는 원소도 아니다. 하지만 주방의 내열유리부터 반도체 칩, 원자로와 식물의 성장까지 의외로 넓은 영역에서 사용된다.붕소(B)의 가장 흥미로운 특징은 아주 적은 양으로 주변 물질의 성질을 크게 바꾼다는 점이다. 유리에 들어가면 열에 강해지고, 실리콘에 들어가면 전기가 흐르는 방식이 달라진다. 소량으로 구조를 조절하는 원소라고 볼 수 있다.순수한 붕소는 자연에서 거의 발견되지 않는다. 대부분 붕산염 광물이나 붕사 같은 화합물로 존재하며, 산업에서는 이 화합물을 정제해 필요한 재료로 사용한다. 붕소는 금속일까 비금속일까?붕소는 주기율표에서 금속과 비금속의 경계 부근에 있다. 전기가 잘 통하는 금속처럼 보이는 성질과 비..
스마트폰과 노트북, 전기차에는 모두 리튬이온 배터리가 들어간다. 배터리 소재는 계속 달라지고 있지만 이름에서 빠지지 않는 원소가 바로 리튬(Li)이다.리튬은 가장 가벼운 금속이며 전자를 쉽게 내놓는다. 작은 질량으로 많은 전하를 옮길 수 있어 무게와 부피가 중요한 충전식 배터리에 유리하다. 우리가 전기를 들고 이동할 수 있게 된 배경에는 리튬의 가벼움이 있다.그렇다고 리튬만 넣으면 좋은 배터리가 되는 것은 아니다. 양극·음극·전해질·분리막이 함께 작동해야 하며, 성능과 안전성은 리튬이 어떤 물질 안에서 이동하는지에 따라 달라진다. 가장 가벼운 금속이 전자를 옮긴다리튬의 원자번호는 3번이다. 전자 세 개 가운데 가장 바깥쪽 전자 하나를 비교적 쉽게 내놓으며 Li⁺ 이온이 된다. 이 작은 이온이 배터리 ..
헬륨이라고 하면 가장 먼저 풍선과 높은 목소리를 떠올리기 쉽다. 하지만 헬륨은 MRI 장비를 냉각하고, 우주선 연료 탱크를 관리하며, 반도체와 광섬유를 만드는 데 쓰이는 중요한 산업 자원이다.헬륨(He)의 특징은 다른 물질과 좀처럼 반응하지 않는다는 데 있다. 불에도 타지 않고, 일반적인 조건에서는 화합물도 거의 만들지 않는다. 이 독특한 안정성은 헬륨의 완성된 전자 구조에서 시작된다.문제는 헬륨을 사용한 뒤 다시 모으기가 어렵다는 점이다. 지구에서 빠져나간 헬륨은 우주로 사라질 수 있기 때문에, 풍선에 넣는 가벼운 기체 이상의 관점으로 볼 필요가 있다. 전자 두 개만으로 안정한 원자원자는 가장 바깥쪽 전자껍질이 채워져 있을 때 안정한 경향이 있다. 첫 번째 전자껍질에는 전자 두 개가 들어갈 수 있는데..
밤하늘을 보면 수많은 별과 은하가 보인다. 그 거대한 우주를 이루는 원소 가운데 가장 많은 것은 놀랍게도 가장 단순한 원소인 수소(H)다.수소는 보통 양성자 하나와 전자 하나로 이루어진다. 원자번호도 1번이고 질량도 가장 작다. 구조가 단순하다는 특징은 우주가 처음 원소를 만들던 순간부터 별이 빛나는 과정, 물과 생명의 탄생까지 이어진다.우주에 수소가 많은 이유는 수소가 특별히 잘 살아남아서만은 아니다. 우주가 처음 만들어졌을 때 복잡한 원소를 만들 시간이 거의 없었기 때문이다. 빅뱅은 가장 단순한 원소부터 만들었다 빅뱅 직후의 우주는 원자가 존재하기 어려울 정도로 뜨거웠다. 우주가 팽창하며 식자 양성자와 중성자가 만들어졌고, 이 입자들이 결합하면서 최초의 원자핵이 생겨났다. 이 시기를 빅뱅 핵합성이..
원체 빡세게 관리하던 블로그는 아니었지만,,갑작스럽게 일이 너무 많이 터졌습니다. 직장도 어수선해졌고어학시험도 봐야하고..그런와중에 갑자기 전세사기를 당했습니다 ㅠ 보증보험 처리까지 해야하니 준비할 서류도 많고 계속 정리가 되질 않아서이미 쉬었지만 한달정도 더 쉰 뒤에 블로그 운영은 이어가도록 하겠습니다. 모쪼록 다들 별 일 없으시길 바랍니다. 건강하시고 나중에 뵙겠습니다!
우주는 지금도 빛으로 가득하다.별빛, 은하빛, 초신성의 섬광.그런데 이 모든 빛보다 더 오래된 빛이 있다.우주가 태어난 직후의 빛이다.그걸 우리는 우주배경복사(CMB)라고 부른다. 3줄 요약우주배경복사는 빅뱅 이후 약 38만 년 뒤에 나온 빛이다.지금도 우주 전체에서 균일하게 관측된다.우주가 뜨겁고 밀집된 상태에서 시작했다는 강력한 증거다. 우주가 처음에는 보이지 않았다빅뱅 직후의 우주는엄청나게 뜨겁고 빽빽했다.빛은 자유롭게 이동하지 못했다.전자와 원자가 분리된 상태였고,빛은 계속 산란되며 갇혀 있었다.마치 짙은 안개 속에서앞을 볼 수 없는 상황과 비슷하다.하지만 시간이 흐르며 우주는 식었고,전자와 원자가 결합하기 시작했다.그 순간,빛이 자유롭게 이동할 수 있게 된다.그때 방출된 빛이 바로오늘날 우리가 ..
밤하늘을 가장 멀리 바라보면,맨눈으로도 볼 수 있는 은하가 하나 있다.흐릿한 빛 덩어리처럼 보이는 그것.안드로메다 은하다.우주 규모로 보면,이 은하는 우리의 가장 가까운 “이웃”이다. 3줄 요약안드로메다는 우리 은하와 가장 가까운 거대 은하다.약 250만 광년 떨어져 있다.수십억 년 뒤 우리 은하와 충돌할 것으로 예상된다. 얼마나 가까운가250만 광년.빛이 1초에 지구를 7바퀴 반 도는 속도로 달려도250만 년이 걸리는 거리다.일상 감각으로는 상상이 되지 않는다.그런데도 우주 기준으로는바로 옆 동네다.우리 은하와 안드로메다는같은 지역, 즉 “국부 은하군”에 속해 있다. 안드로메다는 얼마나 클까안드로메다는 우리 은하보다약간 더 클 가능성이 크다.별의 개수는 수천억 개.그 중심에도초대질량 블랙홀이 자리..
주식시장을 보다 보면 이상한 장면을 자주 목격한다. 다 같이 오르는 게 아니라, 몇 종목만 계속 오른다. 빅테크 몇 개가 지수를 끌어올리고, 자금은 점점 더 그쪽으로 몰린다.왜 자본은 항상 골고루 퍼지지 않고, 한 방향으로 쏠릴까? 이건 단순한 우연이 아니다. 구조적인 이유가 있다. 자본은 안전을 향해 흐른다 자본의 가장 큰 특징은 생존 본능이다. 돈은 불확실한 곳보다 안정적인 곳을 선호한다. 이미 검증된 기업, 이미 실적이 나오는 기업, 이미 많은 사람들이 투자한 기업으로 흐른다.이것을 네트워크 효과라고 부른다. 사람들이 몰릴수록 더 유리해지고, 더 유리해질수록 다시 사람들이 몰린다.결국 “좋아서 오르는 것”이 아니라, “오르니까 더 좋아 보이는 것”이 된다. 승자독식 시장의 탄생 디지털 경제에서는 ..
블랙홀이라고 하면 떠오르는 이미지가 있다.끝없이 빨아들이는 검은 구멍.근처에 가기만 해도 전부 사라질 것 같은 존재.하지만 실제 블랙홀은생각보다 훨씬 차분하다.그리고 무엇보다,우주를 파괴하는 존재가 아닐 수도 있다. 3줄 요약블랙홀은 무작정 모든 것을 빨아들이지 않는다.멀리 있는 천체는 안정적인 궤도를 유지한다.은하 중심 블랙홀은 질서를 유지하는 역할을 할 수도 있다. 왜 “다 삼킨다”는 오해가 생겼을까블랙홀은 빛도 빠져나오지 못한다.이 문장만 보면모든 것을 집어삼키는 괴물처럼 느껴진다.하지만 핵심은 “빨아들임”이 아니라탈출이 불가능하다는 점이다.블랙홀은 질량을 가진 천체다.그 중력은 거리의 제곱에 따라 약해진다.즉, 충분히 멀리 있다면다른 별과 다를 바 없다. 은하 중심의 블랙홀거의 모든 거대 은하..
우주에서 가장 유명한 천체를 하나 고르라면,아마 많은 사람이 블랙홀을 떠올릴 것이다.모든 것을 빨아들이는 괴물.빛조차 빠져나오지 못하는 곳.하지만 블랙홀은 단순한 “우주 청소기”가 아니다.그건 중력이 극단까지 밀려간 결과다. 3줄 요약블랙홀은 아주 무거운 별의 최후다.중력이 너무 강해 빛도 탈출하지 못한다.핵심은 “빨아들임”이 아니라 탈출 불가다. 블랙홀은 어떻게 만들어질까질량이 매우 큰 별이 초신성으로 폭발한 뒤,중심이 중성자 압력으로도 버티지 못하면붕괴는 멈추지 않는다.중력은 끝까지 수축을 밀어붙인다.그리고 어느 순간,탈출 속도가 빛의 속도를 넘는다.이 지점을 기준으로 생기는 경계를우리는 사건의 지평선이라 부른다. 사건의 지평선이란 무엇인가사건의 지평선은 “표면”이 아니다.거기엔 단단한 벽도, ..