[궤도의 다시 만난 과학] 밑줄

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《06》화학 결합, 소금은 부서지고 금은 빛나는 이유

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원자와 주기율표, 알고 보니 생각보다 어렵지 않았죠? 우리의 뇌는 나이가 들어도 얼마든지 새로운 정보를 받아들일 수 있습니다! 이런 마음가짐으로 다시 한번 힘차게 시작해 보겠습니다.

우리가 주변에서 접하는 모든 물질은 원자들이 서로 결합해서 만들어진 결과물입니다. 물 한 잔, 우리가 숨 쉬는 공기, 강철처럼 단단한 금속, 심지어 우리 몸까지. 이 모든 것이 화학 결합의 산물입니다. 그렇다면 어떻게 서로 다른 원자들이 모여 이렇게 다양한 물질을 만들어내는 걸까요? 그 답은 바로 화학 결합에 있습니다.

화학 결합은 원자들이 서로 전자를 주고받거나 공유하면서 결합하는 방식입니다. 결합의 방식에 따라 물질의 성질이 달라지죠. 심지어 같은 원소라도 결합 방식이 달라지면 완전히 다른 물질이 될 수 있습니다. 탄소를 예로 들어볼게요. 탄소 원자들은 다이아몬드와 흑연이라는 전혀 다른 물질을 형성할 수 있는데, 그 차이는 바로 결합 방식에 있습니다.

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다이아몬드는 각 탄소 원자가 매우 강하게 결합하여 3차원 구조를 이루고 있습니다. 그 결과 다이아몬드는 세상에서 가장 단단한 물질 중 하나가 됩니다. 반면 흑연은 탄소 원자들이 평면 구조로 느슨하게 결합하여 층을 이룹니다. 그래서 흑연은 부드럽고 쉽게 부서지며 연필이나 윤활제로 사용합니다. 같은 탄소 원소지만 결합 방식에 따라 완전히 다른 성질을 갖게 되는 것이죠.

또 다른 예로 산소도 있습니다. 우리가 호흡하는 산소(O2)는 두 개의 산소 원자가 공유 결합을 통해 이루어져 있습니다. 오존(O3)이라는 물질도 산소 원자들이 결합한 형태로 세 개의 산소 원자로 이루어져 있죠. 산소는 생명 유지에 필수적인 반면, 결합 방식에 따라 완전히 다른 물질이 되는 대표적인 예입니다. 이처럼 화학 결합은 물질의 성질을 결정하는 보이지 않는 끈과도 같습니다. 원자들이 서로 결합하는 방식에 따라 물질의 강도, 전도성, 녹는점 등 다양한 성질이 나타나죠.

이번에는 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합이라는 주요 결합 방식을 중심으로 원자들이 어떻게 결합하여 물질을 형성하고 그 결합이 물질의 성질에 어떤 영향을 미치는지 자세히 살펴볼 것입니다. 과연 이 결합들은 우리 일상 속 물질을 어떻게 만들어내고 있을까요? 그 숨겨진 과학을 밝혀보겠습니다!

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우리는 어떻게 지금 모습으로 있을 수 있을까?

원자와 원자가 결합할 때

18족 원소들과 옥텟 규칙

알고 마시면 더 재미있는 이온 음료

금속 원자들은 쉽게 양이온이 된다

비금속 원소들은 쉽게 음이온이 된다

덩어리 소금의 특징

금속 원자 x 비금속 원자, 이온 결합

화학적 결합을 끊어내는 힘

소금에 전기가 통하게 하는 마법

금이 반짝이는 이유

금속 원자 x 금속 원자, 금속 결합

금속마다 색이 다른 이유

산소, 물, 단백질의 탄생 비밀

비금속 원자 x 비금속 원자, 공유 결합

2개 이상의 서로 다른 비금속 원자가 만날 때

원자의 조합으로 이루어진 세상

《07》화학 반응, 배터리에 관한 최소한의 지식

속 쓰릴 때 제산제를 먹는 이유

산은 산성비, 염기는 양잿물을 떠올려라

산과 염기의 정의

산-염기 중화 반응

깎은 사과는 왜 갈색으로 변할까?

산화-환원 반응

일상 속 산화-환원 반응

몸속에서도 일어나는 산화-환원 반응

화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸다

이온화 경향

최초의 배터리, 볼타 전지

망가니즈 건전지와 알칼리 건전지

전기차에도 쓰이는 2차 전지

납축전지

니켈-카드뮴 전지

리튬 이온 전지

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*화학결합 공부도 재미있구만. 큰일이구만. 아무래도 도서관 옆으로 이사를 가는 수밖에 없겄는디. 흑흑.

[시간은 흐르지 않는다]밑줄

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내가 마지막으로 존을 만나러 프린스턴에 갔을 때, 나는 그와 오랫동안 산책을 했다. 그의 목소리가 작아서 놓친 말들이 많았는데, 연로한 그에게 자꾸 다시 말해달라고 부탁할 수가 없었다. 이제 그는 이 세상에 없다. 나는 더 이상 질문을 할 수도 없고 내 생각을 이야기할 수도 없다. 그의 생각이 옳은 것 같다고 말할 수도 없고, 그의 생각이 내 평생의 연구를 이끌었다고 말할 수도 없다. 그가 양자중력의 미스터리에 가장 근접한 사람이었다는 내 생각을 말할 수도 없다. 이제 그는 지금 이 곳에 더 이상 없기 때문이다. 이것이 우리의 시간이다. 기억과 추억, 부재의 고통, 그것이다.

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그렇다고 고통을 유발하는 것이 부재는 아니다. 고통은 애정과 사랑에서 시작된다. 애정이 없으면, 사랑이 없으면 부재의 고통도 없을 것이다.

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존과 브라이스는 내게 정신적 아버지였다. 갈증에 시달리던 내가 그들의 아이디어에서 시원하고 맑은, 마시기 딱 좋은 물을 찾았다. 존과 브라이스에게 감사한다. 우리 인간은 삼정과 생각으로 산다. 우리는 같은 공간, 같은 시간에 있을 때 대화를 하고 서로의 눈을 바라보고 피부를 스치면서 감정과 생각을 교환한다. 이런 만남과 교환의 네트워크를 통해 성장한다. 하지만 사실 이러한 교환을 위해 굳이 같은 공간과 같은 시간에 있을 필요는 없다. 서로를 연결하는 생각과 감정들은 바다를 건너는 것도 어렵지 않고 수십 년의 세월을, 어떤 때는 심지어 수세기를 건너뛸 수도 있다.

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세상의 기본 문법에는 포함되지 않지만 그냥 어떤 식으로든 ‘등장‘하는 것이 상당히 많다. 예를 들면 이런 것들이다.

▪︎ 고양이는 우주의 기본 요소에 포함되지 않는다. 지구 곳곳에서 불쑥 ‘등장‘하기를 반복하는 복잡한 것이다.

▪︎ 풀밭에 있는 청소년 무리. 이들은 무슨 게임을 할지 결정하고 팀을 짠다. 우리는 이렇게 했었다. 무리 중에서 가장 적극적인 친구 두 명이 차례로 팀원을 선택하고 홀짝 맞추기로 어느 편이 먼저 게임을 시작할지 정했다. 이 지루한 과정이 끝나야 두 팀이 만들어졌다. 이 과정 전에 두 팀은 어디에 있었을까? 그 어디에도 없었다. 팀을 정하는 과정에서 등장한 것이다.

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▪︎ 높은 산에 오르면 흰 구름에 덮인 계곡이 보인다. 구름 표면은 하얗게 빛이 난다. 계곡 쪽으로 걸어가보자. 공기가 점점 습해지고 뿌옇게 흐려진다. 하늘은 이제 더 이상 푸르지 않고 어느새 구름이 듬성듬성 낀 곳에 다다른다. 선명한 구름 표면은 어디로 간 걸까? 사라졌다. 사라지는 과정은 점진적으로 나타나고, 안개와 고지대의 깨끗한 공기를 구분하는 ‘표면‘ 따위는 없다. 아까 본 것은 환영인가? 아니다. 멀리서 보았던 광경이다. 잘 생각해보면, ‘모든‘ 표면이 그렇다. 단단한 대리석 탁자는 내가 원자 정도의 작은 크기가 된다면, 안개처럼 보일 것이다. 가까이 가서 보면 세상 사물들이 ‘모두‘ 뿌옇게 보일 것이다. 산이 사라지고 평원이 시작되는 곳은 정확히 어디일까? 어디서 사막이 끝나고 사바나가 시작될까? 우리는 세상을 커다란 조각으로 잘라놓았다. 우리는 세상이, 중요한 개념들이 상당한 규모로 ‘등장‘하는 곳이라고 생각한다.

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오랫동안 방치해둔 나무 더미를 예로 들어보자. 이런 나무 더미는 엔트로피가 높은 상태가 아니다. 왜냐면 탄소나 수소같은 구성 성분들이 아주 특별한(‘질서 있는‘) 방식으로 결합하여 나무를 형성하기 때문이다. 엔트로피는 이 특별한 조합이 깨져야 성장한다. 아무가 불에 타면 이 결합이 깨지는데, 나무를 형성한 특별한 구조에서 나무의 구성 요소들이 분열하고, 엔트로피가 맹렬하게 증가한다.(불은 사실상 절대 되돌릴 수 없는 과정이다.) 그런데 나무는 스스로 타기 시작하지 않는다.무엇인가가 높은 엔트로피 상태로 갈 수 있는 문을 열어줄 때까지는 낮은 엔트로피 상태로 남아 있다.

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생명체도 유사하게 상호 뒤얽힌 과정들로 구성되어 있다. 광합성은 태양으로부터 받은 낮은 엔트로피가 식물에 쌓이는 과정이다. 동물은 음식을 섭취하는 방식으로 낮은 엔트로피를 먹고 산다.(우리에게 필요한 것이 엔트로피가 아니라 모두 에너지라면, 우리는 음식을 먹지 않고 사하라 사막의 뜨거운 열기가 있는 곳으로 가야 할 것이다.) 살아 있는 모든 세포 내부는 복잡한 화학 공정들의 네트워크로서 낮은 엔트로피를 증가시키는 문을 여닫는 구조물이다. 분자들은 촉매처럼 공정들의 얽힘을 촉진하거나 반대로 억제하기도 한다. 각각의 모든 공정에서 엔트로피의 증가는 모든 작용을 가능하게 한다. 생명은 서로 촉매작용을 하는, 엔트로피를 증가시키는 과정들의 네트워크다.

연휴라고 TV에서 스즈메의 문단속을 해줌

연휴에 본 거 중에 제일 좋았던 거, 오랜만에 만난 가족들? 아님. 작정하고 주문했던 책? 아님. TV 설연휴 특선 영화? 드라마? 예능? 다 아님. 다 아니고 그럼 무엇이당가? 그것은 바로, 바로오- 눈! 눈! 함박눈! 밟을 때마다 뽀드득 뽀드득 소리를 내는 누우우우운!

작년, 재작년에 못 보고 3년 만에 보니까 어찌나 반갑던지, 휴게소마다 들러서 눈 구경하고 사진 찍어댐. 사진을 올리려고 보니 어... 사진 속 내 모습 이게 나라고? 우앙ㅠㅜ 안되겄네. 사진은 패쓰!

금요일 오전에 볼 일이 있어서, TV 끄고 나가려고 리모컨을 들었는데 마침 [스즈메의 문단속]을 시작하는 거임. 무슨 내용인가 궁금해서 잠깐만 본다고 리모컨 든 채로 TV 앞에 서서 보다가 결국 앉아서 다 보고 일어남. 오호~ 이 영화 훌륭함. 막 막 아름다운 경치, 반짝반짝 윤슬, 자전거, 낭만, 철학, 문학, 여행, 우정, 의리, 삶, 죽음, 지진, 재난, 생계, 가업, 취업 얘기까지 나오구 막 막 그런게 만화영화에 다 이렇게 들어있다니, 이렇게나 자연스럽게?!!

넷플릭스에 있으면 한번 더 보려했드만 없구만..
그렇다고 돈 내고 보기는 그렇고,
돈을 쓴다면 아무튼 책을 사야겠지비?
근데 뭐 이래 많은강?
만화도 있고 소설도 있고?
음.. 고민되누만.
그렇다면은
내일 다시 생각해보기로!

수목의 특징

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수목의 특징

1. 지구상에 있는 생물 중에서 가장 큰 생물은 나무다.

가장 큰 세쿼이아는 키가 116m에 달하며, 몸체를 지탱할 수 있는 견고한 수간(樹幹, trunk)을 가지고 있다. 직경이 가장 큰 나무는 멕시코 오악사카(Oaxaca) 지방에서 자라는 낙우송류로서 밑동지름이 15m에 이른다. 

2. 수목의 두 번째 특징은 다년생 식물로서 수명이 길다는 것이다. 

국내에서 장수하는 수종으로 주목, 향나무, 은행나무, 소나무, 느티나무, 팽나무, 회화나무, 왕버들을 예로 들 수 있으며, 수백 년을 살아가고 있다. 세계에서 가장 나이가 많은 나무는 미국 네바다주 해발 3,500m에서 자라는 롱가에바잣나무로서 2012년에 5,068년 된 개체가 발견되었다.

3. 세 번째로 수목은 긴 세월을 살아가기 위해 생식생장(개화와 결실)에 많은 에너지를 소비하지 않는다. 

1년생 식물은 열매를 맺고 죽지만, 나무는 성숙할 때까지 기다린 후 꽃을 피우되, 꽃과 열매 생산에 적은 에너지를 투여함으로써 다음 생장과 월동을 위해 에너지를 저장한다.

4. 네 번째 특징은 죽은 세포를 많이 가지고 있다는 것이다. 

동물은 대부분의 세포가 살아 있으며, 몸체가 커지면 이에 비례하여 호흡량이 증가하기 때문에 많은 에너지를 필요로 한다. 1년생 식물도 대부분 살아 있는 세포로 구성되어 있어 호흡을 많이 한다. 반면 수목은 몸체가 커지면 수간의 목부조직(2차 목부에 해당)에 죽은 세포(예: 도관, 가도관, 섬유세포)를 많이 만들어 몸을 지탱하고, 일부 살아 있는 세포(예: 유세포)에서만 호흡하면서 에너지를 효율적으로 절약한다. 결국 고목의 가지가 죽고 잎의 양이 즐어 광합성을 적게 하더라도 자기 몸을 지탱할 수 있게 된다.

5. 다섯 번째, 수목은 오랜 세월을 살아가기 위해 여러 가지 저항성을 가지고 있다.

특히 간헐적으로 나타나는 한발이나 추위, 산불, 태풍 등에 대한 저항성과 병균과 곤충의 피해에 대한 저항성을 가지고 있으며, 경우에 따라서는 많은 적설에 견딜 수 있도록 곧추선 원추형의 수관(樹冠, crown)을 지니기도 한다. 예를 들어 세쿼이아는 2천 년을 살면서 수피가 최고 70cm까지 두꺼워져, 경쟁하는 주변 나무들이 산불에 타 죽는 상황에서도 견딜 수 있다.

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수목의 특징 하면 떠오르는 것은 수명이 길다, 움직이지 못한다, 인간과 반대로 호흡한다, 광합성을 한다 정도였는데 이렇게 수목생리학 책에 있는 글을 읽었더니 오오~ 뭐랄까. 굳었던 머리가 말랑말랑 리듬을 타는 느낌이랄까. 신선한 공기를 마시는 듯 상쾌하다. 특히 세번째 특징, 긴 세월을 살아가기 위해 생식생장에 많은 에너지를 소비하지 않는다는 말이 새롭게 느껴진다. 아무렴 그렇지 그렇구말구. 쿠하하하하. 돌아가고 싶다. 돌아가는 길이 꼭 하나만은 아니라는 걸, 기억하자. 내가 두 발 묶인 나무가 아니라는 것도!!

MINDING THE CLIMATE

: How Neuroscience Can Help Solve Our Environmental Crisis

인간이 지구를 구하기 전에
지구가 인간을 먼저 쓸어버릴 확률이 더 크다.

그렇더라도
희미한 빛이라도 느낀다면
빛을 향해 갈 수 있는 게
인간이니까

오늘도
한걸음

그렇더라도 행동에 변화를 일으키는 것은 이성으로 되는 일이 아니다. 왜 어떤 부모는 자녀에게 안전띠를 채우지 않을까? 왜 어떤 사람은 오토바이를 탈 때 헬멧을 쓰지 않을까? 왜 어떤 사람은 약물중독에서 헤어나지 못할까? 왜 우리는 아직 기회가 있는데도 지구파괴를 막기 위해 해야 할 일들을 실천하지 못할까? - P27