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과학과 놀자

과학과 예술의 결합, 한 폭의 그림 같은 미세 과학의 세계

국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (9)과학은 객관적인 사실을 발견하고 보편타당한 원리를 찾아내는 학문 분야다. 반면 예술은 아름다움을 표현하는 활동으로, 주관적이고 모호하다. 이처럼 과학과 예술은 서로 반대되는 성격을 지녔지만, 상호 보완적인 역할을 하기도 한다. 과학사를 돌아보면 예술적 상상력이 과학적 발견을 자극했고, 과학 지식이 예술에 적용돼 더욱 다양한 작품을 탄생시켰다.오늘날에는 과학과 예술의 융합이 더욱 빈번하게 일어나고 있다. 눈으로 볼 수 없는, 현미경으로만 관찰할 수 있는 세계를 연구하는 과학 분야를 ‘미세 과학’이라고 한다. 미세 과학은 때때로 예술의 소재가 되기도 한다. 생명 활동을 형광 현미경으로 촬영해 마치 한 폭의 그림처럼 펼쳐 보이는 것이다. 생물의 세포와 세균 등은 자외선이나 가시광선을 받았을 때 빛을 내는 ‘형광 현상’을 일으키는데, 형광 현미경을 활용하면 이런 현상을 관찰할 수 있다.그림은 태어난 지 5일 된 생쥐의 망막 혈관이 성장하며 뻗어 나가는 과정을 촬영한 것이다. 초록색 빛을 내는 망막 혈관과 붉은색 빛을 내는 혈관 주위 세포가 뒤섞인 모습이 물감을 칠해 놓은 것처럼 보인다. 생물의 세포, 동식물의 성장 과정, 꽃가루의 표면 등을 이와 비슷한 방식으로 표현할 수 있다. 형광 현미경이 포착한 장면은 생명을 더욱 신비롭게 느껴지게 한다.과학 기술의 변화는 예술의 성격도 바꾸고 있다. 디지털 기술의 발달로 예술도 현실 세계에만 머무르지 않는다. 물리적 세계와 가상의 세계를 넘나드는 콘텐츠가 등장하고 있다. 메타버스 등 가상 현실 기술이 발달하면서 이런 현상은 속도가 더욱 빨라질 것이다.

과학 기타

이온·공유결합

이온결합은 정전기적 인력원자들의 결합에는 이온, 공유, 금속 등의 결합이 있으며, 이들을 구별하고 설명하기 위해서는 지난 시간에 언급한 금속 원소와 비금속 원소를 구별하는 것이 매우 중요하다. 금속 원소는 전자를 잃어버리는 성향인 금속성이 강하고, 주기율표의 왼쪽 영역에 위치한다. 일반적으로 전형 원소에서 수소를 제외한 1족, 2족과 13족까지를 금속 원소로 분류하고 있고, 나머지 족들은 비금속 원소로 분류한다.전자를 받아들이는 경향을 나타내는 비금속성이 큰 원소들을 비금속 원소라 하며, 주기율표의 오른쪽 영역에 위치한 14족부터 18쪽까지는 비금속이다.NaCl(염화나트륨)은 금속 원자(Na)가 전자를 잃으면 비금속 원자(Cl)가 전자를 받아 결합이 형성되는데 이처럼 금속 원자와 비금속 원자가 결합해 물질이 형성되는 결합을 이온 결합이라 한다. 이온 결합의 세기는 이온 사이의 거리에 반비례해 두 이온의 전하량 곱에 비례하는 쿨롱의 법칙을 따른다. 이온 결합 물질들은 녹는점, 끓는점이 높아 대부분 상온에서 고체로 존재하며 단단하지만 힘을 가하면 부서지는 성질들을 갖고 있다.금속 양이온들과 자유전자 사이의 정전기적 인력에 의해 금속 원자들도 결합을 형성하는데 이를 금속 결합이라 한다. 인류가 널리 사용하는 철(Fe), 구리(Cu) 등과 같은 물질은 금속결합에 의해 생성된다. 금속 결합에서 중요한 단어는 자유 전자다. 같은 주기인 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al)에서 녹는점, 끓는점의 세기는 Al＞Mg＞Na의 순이다. 이는 자유전자의 수가 많을수록 금속 결합이 강해지기 때문이다.리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K)은 같은 족이며 모두 같은 수의 자유 전자를 갖게 되지만 녹는