지구의 생명체를 살게 해주는 중요한 기체 산소의 성질과 이용 그리고 역사

산소

생명체를 유지시키며, 색깔·냄새·맛이 없는 기체를 말합니다. 원소기호는 O, 원자번호는 8, 원자량은 15.9994입니다. 생명체가 살아가려면 산소가 필요한데, 산소는 동·식물의 세포에서 다른 화학물질과 결합해 살아가는 데 필요한 에너지를 만듭니다. 또한 산소와 연료가 일으키는 화학반응을 연소라고 하는데, 연소는 대부분 발열반응이므로 열이 납니다. 산소는 양이 매우 많아서 공기의 약 1/5을 차지하며, 공기의 나머지는 대부분 질소로 이루어져 있습니다. 산소는 다른 원소와 결합되어 있는 상태로 지각과 물에서도 발견됩니다.

 

 

화학적 성질

보통 산소 분자는 산소 원자 두 개가 서로 결합해 있어 화학식은 O₂이며, 대기의 약 20%를 차지합니다. 산소 원자 세 개로 이루어진 산소 분자는 오존이라 합니다. 산소는 많은 다른 원소와 결합해 산화물을 만듭니다. 그리고 다른 물질이 잘 타도록 도와주고, 물에는 잘 녹지 않습니다. 대기압에서 산소를 끓는점인 -182.962℃로 냉각시키면 옅은 푸른색의 액체로 변합니다. 압력을 가하면 산소는 더 높은 온도에서도 액화하는데, 49.7 기압에서 산소의 끓는점은 -118.8℃입니다. 이 온도와 압력이 바로 산소의 임계온도와 임계 압력이며, 이 온도 이상에서는 아무리 압력을 가해도 산소를 액화시킬 수 없습니다. 산소의 어는점은 -218.4℃입니다.

 

산소가 생명을 유지시키는 과정

일부 미생물을 제외하고 모든 생명체는 살아가는 데 산소가 있어야 합니다. 사람을 비롯한 육상동물은 공기에서 산소를 얻고, 물고기와 같은 수중돌물은 물에서 산소를 얻습니다. 산소는 각각 폐와 아가미를 거쳐 혈액으로 들어갑니다. 혈액이 몸속 세포로 산소를 운반하고, 각 세포에서 산소는 음식물로 받아들인 여러 가지 화학물질과 결합합니다. 각 세포는 이와 같은 과정에서 생긴 에너지로 제 기능을 다하는 것입니다. 이산화탄소는 세포 활동에서 생기는 노폐물의 한 종류입니다. 어떤 사람들은 순수한 산소만을 호흡하면 일찍 죽는다고 믿고 있습니다. 왜냐하면, 몸속 세포가 산소를 너무 빠른 속도로 쓰기 때문에 산소가 없어져 결국은 죽게 된다는 것입니다. 그러나 어떤 경우에는 순수한 산소를 호흡할 필요가 있습니다. 예를 들어 비행기 조종사는 공기가 매우 적어서 산소가 충분하지 않은 높은 곳을 비행하기 때문에, 산소탱크에서 순수한 산소를 들이마십니다. 식물 세포도 동물 세포와 아주 비슷한 방법으로 산소를 이용합니다. 식물 세포는 산소를 광합성으로 만듭니다. 광합성에서 식물의 각 세포는 햇빛을 이용해 이산화탄소와 물에서 포도당을 만드는데, 이때 산소가 생겨 공기 중으로 나옵니다.

 

이용

산소는 여러 가지 산업적인 목적으로 쓰입니다. 강철을 만들 때, 철합금의 일종인 선철에 고압 산소를 불어넣으면 불순물이 타서 날아갑니다. 용접기에서는 산소가 연료와 섞여 온도가 약 3300℃에 이르는 매우 뜨거운 불꽃을 만듭니다. 액체 산소는 등유, 액체 수소와 같은 여러 액체 연료와 결합해 로켓의 추진제로 쓰거나 폭약을 만드는 데 씁니다.

 

역사

스웨덴의 화학적인 셸레와 영국의 화학자인 프리스틀리가 각각 산소를 발견했습니다. 셸레의 실험 기록에는 1770년대 초반에 질산칼륨의 광석인 초석과 산화수은이 들어 있는 여러 가지 화합물을 가열해 산소를 얻었다고 적혀 있습니다. 그러나 셸레의 실험 결과는 1777년에야 발표되었습니다. 프리스틸리도 1777년에 실험 결과를 발표했는데, 1774년에 산화수은을 가열해 산소를 만들었다고 설명했습니다. 셸레는 산소를 '불 공기'라고 했고, 프리스틸리는 '플로지스톤이 없는 공기'라고 했습니다. 1777년에 프랑스의 화학자인 라부아지에가 이 기체에 산소라는 이름을 붙였습니다. 이 단어는 산을 만들어내는 물질을 뜻하는 것으로, 라부아지에를 비롯한 화학자들이 산소가 여러 가지 산의 일부분임을 발견했기 때문이었습니다. 라부아지에는 모든 산에는 산소가 필요하다고 생각했으나, 오늘날에는 그 생각이 잘못된 것으로 밝혀졌습니다.