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화학이야기

원소로 보는 화학사 VOLUME 009. ‘원자번호 8번 산소를 소개합니다’

2017년 9월 18일

원소로 보는 화학사 원자번호 8번 ‘산소’을 소개합니다 #원소 #산소 #산소의_발견 #지구의_주성분 #산소의_쓰임 #호흡의_필수 #의료 #용접 #연소 #반응성

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 원자번호 26번 ‘철’을 소개해드렸는데요. 오늘은 수소와 헬륨 다음으로 우주에 세 번째로 많이 분포하고 있는 원소인 ‘산소’에 얽힌 재미있는 화학이야기를 들려드릴게요!

원자번호 8번 ‘산소’를 소개합니다!

지구와 인간을 구성하는 가장 중요한 원소

산소가 사라지면 자외선에 그대로 노출되어 모든 생명체가 화상을 입게 되며, 모든 세포가 터져 생명을 유지해 나갈 수 없다. 반대로 산소가 너무 많아도 산소 중독에 의해 인간은 죽음에 이르게 되고, 지구의 모든 유기물이 불타오르게 된다.

산소(Oxygen)라는 원소가 고갈된다면 어떤 일이 벌어지게 될까요? 산소가 5초만 사라져도 자외선이 그대로 들어와 모든 생명체는 바로 화상을 입게 됩니다. 또한, 금속 표면의 산화막이 사라져 모든 금속 제품은 엉겨 붙고, 콘크리트로 지어진 모든 건물은 바로 무너져 내리게 됩니다. 고막을 비롯한 모든 세포가 터져 인간 역시 생명을 유지해 나갈 수 없게 되는 것이죠.

반대로 산소가 너무 많아도 문제가 됩니다. 인간의 경우 산소 중독으로 인해 혈압이 상승하면서 어지럼증이나 구토 증상이 나타나며, 폐를 찌그러트리고 구성하는 세포들이 전부 타버려 호흡이 불가능해 결국 죽음에 이르게 됩니다. 지구에도 큰 변화가 생기게 되는데요. 철을 비롯해 연소 가능성이 있는 물질이 전부 불타오르면서 마치 지구 전체가 용접되는 것과 같은 현상이 일어나게 될 것입니다. 지구 대기의 21%가 산소로 이루어져 있는데, 17%로 떨어지면 호흡이 불가능해지고, 25%로 오르면 유기 물질이 불타오르게 됩니다. 지구에는 적정량의 산소가 유지되고 있어 지구는 물론, 지구의 모든 생명체가 생존하고 있는 것입니다.

‘산소’가 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

Joseph Priestley 조지프 프리스틀리 (1733 ~ 1804) 영국의 신학자, 철학자, 화학자 조지프 프리스틀리는 1775년 산소를 발견한 것으로 발표했으나, 이미 1년 전에 산화수은을 가열하여 산소 기체를 만들었다.

영국의 화학자 조지프 프리스틀리(Joseph Priestley)는 1775년에 처음으로 산소를 발견했다고 발표했습니다. 사실 그는 이미 1년 전에 산화수은을 가열하여 산소 기체를 만들었고, 그 성질의 일부를 알아냈는데요.  당시 그가 알아냈던 것은 새로운 기체(산소) 안에서는 보통의 공기 안에서보다 쥐가 더 오래 산다는 것과 물건이 빠르게 연소한다는 것, 그리고 식물이 이 기체(산소)를 만들어낸다는 것이었죠. 이와 유사하게 스웨덴의 화학자 카를 빌헬름 셸레(Carl Wilhelm Scheele)도 1772년에 프리스틀리와 같은 실험을 했지만 그의 실험은 1777년까지 발표되지 않았습니다.

 

앙투안 라부아지에 Antoine Lavoisier 산소라는 이름을 붙인 화학자 산소의 어원 산을 뜻하는 ‘Oxy’ + 만들다는 뜻의 ‘genes’ Oxygen

산소가 원소라는 것을 알아내고 산소라는 이름을 붙인 사람은 프랑스의 화학자 앙투안 라부아지에(Antoine Lavoisier)였습니다. 1774년에 라부아지에도 산화수은에서 산소를 발생시켰는데요. 이에 그치지 않고 3년 후에는 수은을 공기 중에서 가열하여 산화수은을 만들어내는 실험을 하기도 했습니다. 라부아지에는 공기 중 일부가 사용되었다는 것, 수은의 무게가 처음 수은의 무게보다 증가했다는 것을 알아낸 뒤 물을 수소와 산소로 분해하기도 했습니다. 이러한 실험들은 현대 화학의 기초가 되었고, 라부아지에가 질량보존의 법칙(화학반응에서는 반응물질과 생성물질의 질량이 같아야 한다는 법칙)을 발견하는데 도움이 되었습니다. ‘oxygen(산소)’라는 원소명은 당시 라부아지에가 모든 산이 새로운 원소인 산소를 포함하고 있다고 잘못 믿었기 때문에 ‘산을 만드는 것’이라는 뜻에서 ‘oxygen(산소)’이라고 부르게 된 것으로 유래되었습니다.

‘산소’는 어디에 사용될까요?

거의 모든 물질과 반응하여 다양한 분야에서 사용

산소의 용도: 인간의 호흡, 용접/금속 제련,

산소는 모든 원소 중에서 반응성이 가장 큰 원소 중 하나입니다. 이러한 산소의 높은 반응성 때문에 산소는 산업적으로 매우 많이 이용되고 있는데요. 산소는 모든 물질과 반응하며, 알코올, 에스터를 비롯한 대부분의 유기 물질 제조와 제철, 금속 제련 등의 무기 재료 분야에서도 다양하게 사용됩니다.

그 외에도 인체는 생명을 유지하기 위해 일정량의 산소를 필요로 하는데요. 구체적으로 인체에서 1일 동안 소모하는 산소의 무게는 무려 16Kg에 달한다고 합니다. 만약 2분간 숨을 멈추면 생명이 극히 위험한 상태가 되며, 4분이 지나면 모든 뇌세포가 죽는다고 하니 인체에 매우 소중한 존재임을 알 수 있습니다. 산소는 생물의 기본적인 호흡 외에도 의료 및 등산, 운동 시의 휴대산소로도 활용되고 있습니다.

 

한 눈에 보는 '산소' - 발견자: 조지프 프리스틀리(Joseph Priestley) 발견 연도: 1774년 어원: ‘산’을 뜻하는 그리스어 ‘oxy’와 ‘만들다’는 뜻의 ‘genes’ 특징: 지구 대기와 지각의 주성분으로, 생명체 호흡의 필수 요소다. 사용 분야: 호흡기, 제철, 제련, 제조, 용접, 연료 등 원자량: 15.999 g/mol 밀도: 0.001308 g/㎤ 원자 반지름: 1.52Å

오늘은 지구와 인간을 구성하는 가장 중요한 원소인 ‘산소’에 대해 소개해드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 우리의 일상 생활 속에서 흔히 볼 수 있는 포일이나 캔 등에 사용되는 원소인 ‘알루미늄’에 얽힌 화학이야기를 들려드릴게요! 많이 기대해주세요.

또 다른 원소이야기가 궁금하다면? 원소로 보는 화학사 바로가기

 

<내용 출처>

두산백과/위키백과/네이버 지식백과(인문과학, 사회과학 등)/누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기)/원소의 세계사 (주기율표에 숨겨진 기상천외하고 유쾌한 비밀들)/원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기)/Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)

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